هنگام طراحی سیستم گرمایش یا سرمایش پمپ حرارتی هوا به آب، یکی از اولین تصمیمات هیدرولیکی این است که آیا ازسیستم تک حلقه متصل مستقیمیا الفسیستم هیدرونیک اولیه-ثانویه.
اگرچه این اصطلاحات به طور گسترده در صنعت تهویه مطبوع و پمپ حرارتی استفاده می شود، انتخاب نباید صرفاً بر این فرض باشد که یک پیکربندی همیشه کارآمدتر از دیگری است.
آرایش صحیح هیدرولیک به عوامل مختلفی بستگی دارد، از جمله:
این مقاله توضیح می دهداصل کار، ویژگی های هیدرولیک، مزایا، محدودیت ها و کاربردهای معمول یک سیستم پمپ حرارتی هیدرونیک تک حلقه.
الفسیستم پمپ حرارتی هیدرونیک تک حلقه، همچنین به نام aسیستم هیدرونیک با اتصال مستقیم، یک سیستم تهویه مطبوع مبتنی بر آب است که در آن پمپ حرارتی و تجهیزات گرمایش یا سرمایش ترمینال در یک مدار هیدرولیک متصل می شوند.
در ساده ترین شکل آن:
پمپ حرارتی ← پمپ گردشی ← پایانه های گرمایش/سرمایش ← پمپ حرارتی
همان آب در حال گردش از هر دو منبع گرما و سمت بار عبور می کند.
بر خلاف یک سیستم اولیه-ثانویه، به طور معمول وجود داردبدون جداکننده هیدرولیکی بین مدار پمپ حرارتی و مدار توزیع.
این سیستم ممکن است تجهیزات پایانه ای مانند:
تامین آب ┌─────────────┐ ┌─────────── گردش خون │ │ پمپ حرارتی ├─────│ پمپ ├────────────── └──────────────┘ │ └───- سمت بارگذاری رادیاتور │ │ │ فن کویل │ │ │ گرمایش از کف │ │ └────────────┬──── └─────────────────── ───────────────────── ← آب برگشتی
ویژگی اساسی ساده است:
پمپ حرارتی و واحدهای ترمینال مسیر جریان آب در گردش یکسانی دارند.
اصل عملیات را می توان از طریق دو پارامتر هیدرولیکی اساسی درک کرد:
1. اختلاف دمای آب (ΔT)
2. میانگین دمای آب در گردش
این دو پارامتر ارتباط تنگاتنگی با میزان حرارت انتقال یافته بین پمپ حرارتی و ساختمان دارند.
در حین عملیات گرمایش، پمپ حرارتی دمای آب در گردش را افزایش می دهد.
به عنوان مثال:
پمپ حرارتی → آب تامین 40 درجه سانتی گراد → پایانه های گرمایش → آب برگشتی 35 درجه سانتی گراد → پمپ حرارتی
تفاوت دما عبارت است از:
ΔT = 40 درجه سانتی گراد - 35 درجه سانتی گراد = 5 کلوین
تجهیزات ترمینال انرژی حرارتی را از آب خارج کرده و به داخل ساختمان منتقل می کند.
سپس آب برگشتی کولر به پمپ حرارتی برگشته و دوباره گرم می شود.
تا زمانی که تقاضای گرمایش وجود داشته باشد، این چرخه ادامه دارد.
خروجی پمپ حرارتی 40 درجه سانتی گراد │ │ گرما تحویل ▼ به ساختمان می شود ورودی پمپ حرارتی 35 درجه سانتی گراد
در حالت خنک کننده، اصل برعکس است: پمپ حرارتی آب سرد را تامین می کند و واحدهای ترمینال گرما را از محیط داخلی جذب می کنند.
برای یک سیستم گرمایش هیدرونیک، ظرفیت حرارتی منتقل شده را می توان با موارد زیر تقریب زد:
Q = ṁ × Cp × ΔT
کجا:
برای محاسبات عملی HVAC با استفاده از آب:
Q (kW) ≈ 1.163 × سرعت جریان (m³/h) × ΔT (K)
بنابراین:
نرخ جریان (m³/h) ≈ Q / (1.163 × ΔT)
فرض کنید یک پمپ حرارتی فراهم می کند:
ظرفیت گرمایش = 20 کیلو وات
با:
ΔT = 5 K
دبی آب مورد نیاز تقریباً عبارت است از:
20 ÷ (1.163 × 5) ≈ 3.44 m³/h
این یک ویژگی مهم سیستم های متصل مستقیم را نشان می دهد:
ظرفیت پمپ حرارتی، ظرفیت ترمینال، جریان آب و ΔT باید از نظر هیدرولیکی هماهنگ شوند.
اگر پمپ حرارتی به میزان قابل توجهی بیشتر یا کمتر از سیستم توزیع ترمینال به جریان آب نیاز داشته باشد، کنترل اتصال مستقیم ممکن است دشوار شود.
در شرایط عملیاتی پایدار، انرژی حرارتی تولید شده توسط پمپ حرارتی باید تقریباً با انرژی حرارتی جذب شده توسط ساختمان مطابقت داشته باشد:
خروجی پمپ حرارتی ≈ انتقال حرارت ترمینال ≈ بار گرمایش ساختمان
با این حال، این مقادیر به ندرت در هر لحظه یکسان هستند.
بار ساختمان به طور مداوم تغییر می کند زیرا:
این بدان معناست که یک سیستم پمپ حرارتی هیدرونیک به طور مداوم در تلاش برای حفظ تعادل بین استتولید گرما و مصرف گرما.
در هنگام راه اندازی یک سیستم را در نظر بگیرید.
ساختمان و آب در گردش ممکن است در ابتدا سرد باشد.
در این مرحله:
با نزدیک شدن ساختمان به دمای هدف، تقاضای گرمای نهایی کاهش می یابد.
اگر پمپ حرارتی به تولید گرمای بیشتر از آنچه ساختمان می تواند جذب کند ادامه دهد، انرژی حرارتی اضافی به طور موقت دمای آب در گردش و جرم حرارتی سیستم را افزایش می دهد.
در نتیجه:
میانگین دمای آب سیستم افزایش می یابد.
سپس کنترل کننده پمپ حرارتی به صورت زیر پاسخ می دهد:
این یک دلیل استپمپ های حرارتی اینورتر DC کامل به ویژه برای سیستم های هیدرونیک با دمای پایین با طراحی مناسب مناسب هستند.
به جای اینکه کمپرسور فقط با ظرفیت کامل کار کند یا به طور کامل متوقف شود، می تواند خروجی خود را تعدیل کند تا تغییرات در تقاضای ساختمان را دنبال کند.
حجم آب اینرسی حرارتی را فراهم می کند.
یک راه ساده برای درک این موضوع این است:
پمپ حرارتی گرما تولید می کند └──────┬───────┘ ↓ پایانه های گرمایش ↓ ساختمان
اگر تولید گرما و مصرف گرما به طور موقت متفاوت باشد، حجم آب می تواند بخشی از این عدم تعادل را جذب کند.
حجم آب کافی می تواند کمک کند:
با این حال،حجم آب بیشتر به طور خودکار بهتر نیست.
حجم بافر بیش از حد می تواند افزایش یابد:
بنابراین حجم صحیح باید با توجه به حداقل حجم آب مورد نیاز سازنده پمپ حرارتی و ویژگی های هیدرولیک پروژه تعیین شود.
یک پمپ حرارتی اینورتر مدرن به طور مداوم خروجی خود را با توجه به شرایط عملیاتی تنظیم می کند.
هنگامی که تقاضای گرمایش افزایش می یابد:
بار بالاتر → خروجی گرمای مورد نیاز بیشتر
بسته به استراتژی کنترل، سیستم ممکن است از طریق:
هنگامی که تقاضای گرمایش کاهش می یابد:
بار کمتر → خروجی پمپ حرارتی کمتر
به همین دلیل استجبران آب و هوا / کنترل تنظیم مجدد در فضای بازبرای کارایی پمپ حرارتی مهم است.
به جای حفظ دمای بالای آب غیر ضروری در طول فصل گرما، کنترل کننده می تواند دمای آب مورد نظر را در شرایط خفیف تر در فضای باز کاهش دهد.
دمای کمتر آب منبع به طور کلی بالابر کمپرسور را کاهش می دهد و می تواند راندمان پمپ حرارتی فصلی را بهبود بخشد.
یک سیستم عملی ممکن است شامل موارد زیر باشد:
پمپ حرارتی هوا به آب │ ▼ پمپ گردش خون │ ▼ هدر تامین │ ┌────┼─────┐ ▼ ▼ گرمایش از کف FCU رادیاتور │ │ │ └────┼─────┘ ▼ هدر برگشت │ ▼ پمپ حرارتی
بسته به طراحی سیستم، اجزای اضافی ممکن است شامل موارد زیر باشد:
این اجزاء لزوماً سیستم را به یک سیستم اولیه-ثانویه تبدیل نمی کنند.
سوال تعیین کننده این است که آیا مدار پمپ حرارتی و مدار توزیع ترمینال باقی می مانند؟اتصال مستقیم هیدرولیکی.
پمپ سیرکولاسیون باید جریان کافی را در حین غلبه بر افت فشار کل مدار هیدرولیک فراهم کند.
طراح باید در نظر داشته باشد:
دبی مورد نیاز + مقاومت کل سیستم = نقطه کار پمپ سیرکولاسیون
مقاومت کل ممکن است شامل موارد زیر باشد:
پمپی که فقط بر اساس دبی اسمی انتخاب شود، بدون بررسی هد موجود، می تواند باعث گردش ناکافی شود.
به همین ترتیب، یک پمپ بزرگ می تواند باعث موارد زیر شود:
بنابراین، انتخاب پمپ گردش خون باید همیشه بر اساس محاسبه واقعی هیدرولیک سیستم باشد.
یکی از مهم ترین ملاحظات در سیستم پمپ حرارتی تک حلقه ای این است که آیا سیستم توزیع تقریباً با جریان ثابت یا متغیر کار می کند.
اتصال مستقیم زمانی که:
جریان مورد نیاز پمپ حرارتی ≈ جریان سیستم توزیع
به عنوان مثال، یک نصب گرمایش از کف ساده با اکثر مدارها به طور مداوم باز میتواند شرایط هیدرولیکی نسبتاً پایداری را فراهم کند.
زمانی که چندین ترموستات و شیرهای زون به طور مستقل مناطق مختلف را کنترل می کنند، وضعیت پیچیده تر می شود.
به عنوان مثال:
┌── پمپ حرارتی باز منطقه 1 ─────┼── منطقه 2 بسته ├── منطقه 3 بسته └── منطقه 4 بسته
هنگامی که چندین منطقه بسته می شود، جریان کل سیستم می تواند به طور قابل توجهی کاهش یابد.
این ممکن است باعث شود که پمپ حرارتی به کمتر از حداقل دبی آب مورد نیاز خود برسد.
پیامدهای احتمالی عبارتند از:
این یکی از محدودیت های اصلی سیستم های متصل مستقیم است.
یک سیستم تک حلقه معمولاً به قطعات هیدرولیک کمتری نیاز دارد.
این می تواند کاهش دهد:
از آنجایی که ممکن است به پمپ های جداسازی هیدرولیکی و توزیع اضافی نیاز نباشد، هزینه تجهیزات و نصب می تواند کمتر باشد.
هنگامی که یک پمپ سیرکولاسیون با راندمان بالا به درستی انتخاب شده بتواند به سیستم کامل خدمت کند، مصرف برق کمکی را می توان کاهش داد.
جداکننده های هیدرولیک و مخازن بافر می توانند در شرایط عملیاتی خاصی اختلاط را ایجاد کنند.
یک سیستم مستقیم طراحی شده به درستی می تواند آب خروجی پمپ حرارتی را بدون این اثر اختلاط مستقیماً به پایانه های گرمایش ارسال کند.
این می تواند برای کاربردهای پمپ حرارتی با دمای پایین مفید باشد.
هنگامی که جریان آب در محدوده عملیاتی مورد نیاز باقی می ماند، یک پمپ حرارتی اینورتر می تواند ظرفیت را تعدیل کند تا بار ساختمان را به طور موثر دنبال کند.
یک سیستم متصل مستقیم برای هر پروژه مناسب نیست.
محدودیت های اصلی آن عبارتند از:
از آنجایی که هر دو طرف مدار هیدرولیکی یکسانی دارند، تفاوت های قابل توجهی بین جریان پمپ حرارتی مورد نیاز و جریان ترمینال می تواند مشکلات کنترلی ایجاد کند.
بستن دریچه های ترموستاتیک یا موتوری جریان و فشار کل سیستم را تغییر می دهد.
ساختمانی را در نظر بگیرید که شامل:
این پایانه ها ممکن است به دماهای عرضه متفاوت و ویژگی های جریان متفاوت نیاز داشته باشند.
بنابراین یک حلقه متصل مستقیم ساده ممکن است کافی نباشد.
ممکن است یک پمپ واحد برای غلبه بر افت فشار پمپ حرارتی و شبکه توزیع نیاز داشته باشد.
پمپ های حرارتی مدرن به طور معمول حداقل جریان آب عملیاتی را مشخص می کنند.
اگر جریان سیستم به زیر این مقدار کاهش یابد، عملکرد قابل اعتماد نمی تواند تضمین شود.
پیکربندی تک حلقه ای به ویژه زمانی جذاب است که:
کاربردهای معمولی ممکن است شامل موارد زیر باشد:
پمپ حرارتی + گرمایش از کف
یا
پمپ حرارتی + یک مدار فن کویل اصلی
یا
پمپ حرارتی + سیستم رادیاتور دمای پایین
یک سیستم هیدرونیک اولیه-ثانویه زمانی جذاب تر می شود که:
در این موارد، یک جداکننده هیدرولیک یا آرایش بافر مناسب طراحی شده می تواند به صورت هیدرولیکی سمت پمپ حرارتی را از سمت توزیع ساختمان جدا کند.
از نظر مفهومی:
رادیاتورهای پمپ حرارتی بار جانبی منبع حرارت ┌─────┴─────┐ │ هیدرولیک │◄─────────────────────┐ │ └─────┬─────┘ └──- └──────── مدار اولیه
سپس دو طرف می توانند با نرخ های جریان متفاوت بدون تعامل هیدرولیکی قوی کار کنند.
هیچ پاسخ جهانی وجود ندارد.
یک تصور غلط رایج این است:
یک سیستم تک حلقه همیشه کارآمدتر است زیرا از پمپ های کمتری استفاده می کند.
تصور غلط دیگر این است:
"یک سیستم ابتدایی-ثانویه همیشه بهتر است زیرا حرفه ای تر است."
هیچ یک از این گزاره ها از نظر فنی صحیح نیست.
کارایی سیستم به طراحی کامل هیدرولیک بستگی دارد.
یک سیستم مستقیم با طراحی خوب می تواند بسیار ساده و کارآمد باشد.
با این حال، مجبور کردن یک نصب پیچیده چند منطقه ای در یک حلقه هیدرولیک واحد می تواند باعث جریان ناپایدار، چرخش بیش از حد و کنترل ضعیف دما شود.
برعکس، افزودن مخازن بافر، پمپ ها و دستگاه های اختلاط غیر ضروری به یک سیستم مسکونی ساده می تواند هزینه نصب و مصرف برق انگلی را افزایش دهد.
اصل صحیح این است:
از ساده ترین معماری هیدرولیکی استفاده کنید که می تواند جریان، دما، فشار و پایداری کنترلی مورد نیاز را تحت تمام شرایط عملیاتی مورد انتظار حفظ کند.
یک سیستم پمپ حرارتی تک حلقه ای یک پیکربندی هیدرونیک است که در آن پمپ حرارتی و پایانه های گرمایش/سرمایش از یک مدار گردش آب بدون جداسازی هیدرولیکی بین منبع گرما و طرف بار استفاده می کنند.
نه همیشه.
مخزن بافر باید با توجه به حداقل حجم آب سیستم، حداقل زمان اجرای کمپرسور، الزامات یخ زدایی، استراتژی منطقه بندی و توصیه های سازنده به جای نصب خودکار در هر پروژه در نظر گرفته شود.
بله، مشروط بر اینکه پمپ بتواند جریان طراحی مورد نیاز را در کل سر سیستم محاسبه شده ارائه دهد و در عین حال محدوده جریان عملکرد مورد نیاز پمپ حرارتی را حفظ کند.
ممکن است، اما طراحی دقیق مورد نیاز است، زیرا رادیاتورها و گرمایش از کف اغلب در دماها و نرخ جریان آب متفاوت کار می کنند. مدار اختلاط یا سیستم توزیع هیدرولیکی جدا شده ممکن است مناسب تر باشد.
بله. پمپهای حرارتی اینورتر میتوانند در سیستمهای متصل مستقیم که به درستی طراحی شدهاند به خوبی کار کنند، زیرا ظرفیت کمپرسور میتواند بر اساس تقاضای حرارتی تعدیل شود. با این حال، حداقل جریان آب و حداقل حجم سیستم مورد نیاز هنوز باید رعایت شود.
انتقال حرارت در درجه اول توسط جریان آب و اختلاف دمای عرضه و بازگشت تعیین می شود:
Q ≈ 1.163 × جریان × ΔT
بنابراین ظرفیت پمپ حرارتی، ظرفیت ترمینال، سرعت جریان و ΔT باید با هم در نظر گرفته شوند.
الفسیستم پمپ حرارتی هیدرونیک تک حلقهیکی از ساده ترین راه ها برای اتصال پمپ حرارتی هوا به آب به پایانه های گرمایش یا سرمایش ساختمان است.
مشخصه اصلی آن این است کهمنبع گرما و سمت بار مدار هیدرولیک و جریان آب در گردش یکسان دارند.
هنگامی که پمپ حرارتی، پمپ گردش خون و سیستم ترمینال به درستی مطابقت داشته باشند، این ترتیب چندین مزیت را ارائه می دهد:
با این حال، سادگی نیاز به مهندسی هیدرولیک را برطرف نمی کند.
طراح هنوز باید تأیید کند:
بار گرمایش / سرمایش ← ظرفیت پمپ حرارتی ← طراحی ΔT ← جریان آب مورد نیاز ← افت فشار سیستم ← انتخاب پمپ ← حداقل جریان ← حجم آب → استراتژی کنترل
تنها زمانی که این پارامترها به درستی هماهنگ شده باشند، یک سیستم پمپ حرارتی متصل مستقیم میتواند کارآمد و قابل اطمینان عمل کند.
برای ساختمانهای چند ناحیهای پیچیده، سیستمها یا تأسیسات با جریان متغیر با استفاده از دماهای پایانی مختلف، الفسیستم هیدرونیک اولیه-ثانویهممکن است پایداری و کنترل هیدرولیکی بهتری را فراهم کند.
بنابراین هدف تصمیم گیری در مورد اینکه آیا یک سیستم تک حلقه ای یا اولیه-ثانویه به طور کلی بهتر است، نیست.
هدف، انتخاب معماری هیدرولیکی است که به بهترین وجه با نیازهای عملیاتی واقعی پروژه مطابقت دارد.
هنگام طراحی سیستم گرمایش یا سرمایش پمپ حرارتی هوا به آب، یکی از اولین تصمیمات هیدرولیکی این است که آیا ازسیستم تک حلقه متصل مستقیمیا الفسیستم هیدرونیک اولیه-ثانویه.
اگرچه این اصطلاحات به طور گسترده در صنعت تهویه مطبوع و پمپ حرارتی استفاده می شود، انتخاب نباید صرفاً بر این فرض باشد که یک پیکربندی همیشه کارآمدتر از دیگری است.
آرایش صحیح هیدرولیک به عوامل مختلفی بستگی دارد، از جمله:
این مقاله توضیح می دهداصل کار، ویژگی های هیدرولیک، مزایا، محدودیت ها و کاربردهای معمول یک سیستم پمپ حرارتی هیدرونیک تک حلقه.
الفسیستم پمپ حرارتی هیدرونیک تک حلقه، همچنین به نام aسیستم هیدرونیک با اتصال مستقیم، یک سیستم تهویه مطبوع مبتنی بر آب است که در آن پمپ حرارتی و تجهیزات گرمایش یا سرمایش ترمینال در یک مدار هیدرولیک متصل می شوند.
در ساده ترین شکل آن:
پمپ حرارتی ← پمپ گردشی ← پایانه های گرمایش/سرمایش ← پمپ حرارتی
همان آب در حال گردش از هر دو منبع گرما و سمت بار عبور می کند.
بر خلاف یک سیستم اولیه-ثانویه، به طور معمول وجود داردبدون جداکننده هیدرولیکی بین مدار پمپ حرارتی و مدار توزیع.
این سیستم ممکن است تجهیزات پایانه ای مانند:
تامین آب ┌─────────────┐ ┌─────────── گردش خون │ │ پمپ حرارتی ├─────│ پمپ ├────────────── └──────────────┘ │ └───- سمت بارگذاری رادیاتور │ │ │ فن کویل │ │ │ گرمایش از کف │ │ └────────────┬──── └─────────────────── ───────────────────── ← آب برگشتی
ویژگی اساسی ساده است:
پمپ حرارتی و واحدهای ترمینال مسیر جریان آب در گردش یکسانی دارند.
اصل عملیات را می توان از طریق دو پارامتر هیدرولیکی اساسی درک کرد:
1. اختلاف دمای آب (ΔT)
2. میانگین دمای آب در گردش
این دو پارامتر ارتباط تنگاتنگی با میزان حرارت انتقال یافته بین پمپ حرارتی و ساختمان دارند.
در حین عملیات گرمایش، پمپ حرارتی دمای آب در گردش را افزایش می دهد.
به عنوان مثال:
پمپ حرارتی → آب تامین 40 درجه سانتی گراد → پایانه های گرمایش → آب برگشتی 35 درجه سانتی گراد → پمپ حرارتی
تفاوت دما عبارت است از:
ΔT = 40 درجه سانتی گراد - 35 درجه سانتی گراد = 5 کلوین
تجهیزات ترمینال انرژی حرارتی را از آب خارج کرده و به داخل ساختمان منتقل می کند.
سپس آب برگشتی کولر به پمپ حرارتی برگشته و دوباره گرم می شود.
تا زمانی که تقاضای گرمایش وجود داشته باشد، این چرخه ادامه دارد.
خروجی پمپ حرارتی 40 درجه سانتی گراد │ │ گرما تحویل ▼ به ساختمان می شود ورودی پمپ حرارتی 35 درجه سانتی گراد
در حالت خنک کننده، اصل برعکس است: پمپ حرارتی آب سرد را تامین می کند و واحدهای ترمینال گرما را از محیط داخلی جذب می کنند.
برای یک سیستم گرمایش هیدرونیک، ظرفیت حرارتی منتقل شده را می توان با موارد زیر تقریب زد:
Q = ṁ × Cp × ΔT
کجا:
برای محاسبات عملی HVAC با استفاده از آب:
Q (kW) ≈ 1.163 × سرعت جریان (m³/h) × ΔT (K)
بنابراین:
نرخ جریان (m³/h) ≈ Q / (1.163 × ΔT)
فرض کنید یک پمپ حرارتی فراهم می کند:
ظرفیت گرمایش = 20 کیلو وات
با:
ΔT = 5 K
دبی آب مورد نیاز تقریباً عبارت است از:
20 ÷ (1.163 × 5) ≈ 3.44 m³/h
این یک ویژگی مهم سیستم های متصل مستقیم را نشان می دهد:
ظرفیت پمپ حرارتی، ظرفیت ترمینال، جریان آب و ΔT باید از نظر هیدرولیکی هماهنگ شوند.
اگر پمپ حرارتی به میزان قابل توجهی بیشتر یا کمتر از سیستم توزیع ترمینال به جریان آب نیاز داشته باشد، کنترل اتصال مستقیم ممکن است دشوار شود.
در شرایط عملیاتی پایدار، انرژی حرارتی تولید شده توسط پمپ حرارتی باید تقریباً با انرژی حرارتی جذب شده توسط ساختمان مطابقت داشته باشد:
خروجی پمپ حرارتی ≈ انتقال حرارت ترمینال ≈ بار گرمایش ساختمان
با این حال، این مقادیر به ندرت در هر لحظه یکسان هستند.
بار ساختمان به طور مداوم تغییر می کند زیرا:
این بدان معناست که یک سیستم پمپ حرارتی هیدرونیک به طور مداوم در تلاش برای حفظ تعادل بین استتولید گرما و مصرف گرما.
در هنگام راه اندازی یک سیستم را در نظر بگیرید.
ساختمان و آب در گردش ممکن است در ابتدا سرد باشد.
در این مرحله:
با نزدیک شدن ساختمان به دمای هدف، تقاضای گرمای نهایی کاهش می یابد.
اگر پمپ حرارتی به تولید گرمای بیشتر از آنچه ساختمان می تواند جذب کند ادامه دهد، انرژی حرارتی اضافی به طور موقت دمای آب در گردش و جرم حرارتی سیستم را افزایش می دهد.
در نتیجه:
میانگین دمای آب سیستم افزایش می یابد.
سپس کنترل کننده پمپ حرارتی به صورت زیر پاسخ می دهد:
این یک دلیل استپمپ های حرارتی اینورتر DC کامل به ویژه برای سیستم های هیدرونیک با دمای پایین با طراحی مناسب مناسب هستند.
به جای اینکه کمپرسور فقط با ظرفیت کامل کار کند یا به طور کامل متوقف شود، می تواند خروجی خود را تعدیل کند تا تغییرات در تقاضای ساختمان را دنبال کند.
حجم آب اینرسی حرارتی را فراهم می کند.
یک راه ساده برای درک این موضوع این است:
پمپ حرارتی گرما تولید می کند └──────┬───────┘ ↓ پایانه های گرمایش ↓ ساختمان
اگر تولید گرما و مصرف گرما به طور موقت متفاوت باشد، حجم آب می تواند بخشی از این عدم تعادل را جذب کند.
حجم آب کافی می تواند کمک کند:
با این حال،حجم آب بیشتر به طور خودکار بهتر نیست.
حجم بافر بیش از حد می تواند افزایش یابد:
بنابراین حجم صحیح باید با توجه به حداقل حجم آب مورد نیاز سازنده پمپ حرارتی و ویژگی های هیدرولیک پروژه تعیین شود.
یک پمپ حرارتی اینورتر مدرن به طور مداوم خروجی خود را با توجه به شرایط عملیاتی تنظیم می کند.
هنگامی که تقاضای گرمایش افزایش می یابد:
بار بالاتر → خروجی گرمای مورد نیاز بیشتر
بسته به استراتژی کنترل، سیستم ممکن است از طریق:
هنگامی که تقاضای گرمایش کاهش می یابد:
بار کمتر → خروجی پمپ حرارتی کمتر
به همین دلیل استجبران آب و هوا / کنترل تنظیم مجدد در فضای بازبرای کارایی پمپ حرارتی مهم است.
به جای حفظ دمای بالای آب غیر ضروری در طول فصل گرما، کنترل کننده می تواند دمای آب مورد نظر را در شرایط خفیف تر در فضای باز کاهش دهد.
دمای کمتر آب منبع به طور کلی بالابر کمپرسور را کاهش می دهد و می تواند راندمان پمپ حرارتی فصلی را بهبود بخشد.
یک سیستم عملی ممکن است شامل موارد زیر باشد:
پمپ حرارتی هوا به آب │ ▼ پمپ گردش خون │ ▼ هدر تامین │ ┌────┼─────┐ ▼ ▼ گرمایش از کف FCU رادیاتور │ │ │ └────┼─────┘ ▼ هدر برگشت │ ▼ پمپ حرارتی
بسته به طراحی سیستم، اجزای اضافی ممکن است شامل موارد زیر باشد:
این اجزاء لزوماً سیستم را به یک سیستم اولیه-ثانویه تبدیل نمی کنند.
سوال تعیین کننده این است که آیا مدار پمپ حرارتی و مدار توزیع ترمینال باقی می مانند؟اتصال مستقیم هیدرولیکی.
پمپ سیرکولاسیون باید جریان کافی را در حین غلبه بر افت فشار کل مدار هیدرولیک فراهم کند.
طراح باید در نظر داشته باشد:
دبی مورد نیاز + مقاومت کل سیستم = نقطه کار پمپ سیرکولاسیون
مقاومت کل ممکن است شامل موارد زیر باشد:
پمپی که فقط بر اساس دبی اسمی انتخاب شود، بدون بررسی هد موجود، می تواند باعث گردش ناکافی شود.
به همین ترتیب، یک پمپ بزرگ می تواند باعث موارد زیر شود:
بنابراین، انتخاب پمپ گردش خون باید همیشه بر اساس محاسبه واقعی هیدرولیک سیستم باشد.
یکی از مهم ترین ملاحظات در سیستم پمپ حرارتی تک حلقه ای این است که آیا سیستم توزیع تقریباً با جریان ثابت یا متغیر کار می کند.
اتصال مستقیم زمانی که:
جریان مورد نیاز پمپ حرارتی ≈ جریان سیستم توزیع
به عنوان مثال، یک نصب گرمایش از کف ساده با اکثر مدارها به طور مداوم باز میتواند شرایط هیدرولیکی نسبتاً پایداری را فراهم کند.
زمانی که چندین ترموستات و شیرهای زون به طور مستقل مناطق مختلف را کنترل می کنند، وضعیت پیچیده تر می شود.
به عنوان مثال:
┌── پمپ حرارتی باز منطقه 1 ─────┼── منطقه 2 بسته ├── منطقه 3 بسته └── منطقه 4 بسته
هنگامی که چندین منطقه بسته می شود، جریان کل سیستم می تواند به طور قابل توجهی کاهش یابد.
این ممکن است باعث شود که پمپ حرارتی به کمتر از حداقل دبی آب مورد نیاز خود برسد.
پیامدهای احتمالی عبارتند از:
این یکی از محدودیت های اصلی سیستم های متصل مستقیم است.
یک سیستم تک حلقه معمولاً به قطعات هیدرولیک کمتری نیاز دارد.
این می تواند کاهش دهد:
از آنجایی که ممکن است به پمپ های جداسازی هیدرولیکی و توزیع اضافی نیاز نباشد، هزینه تجهیزات و نصب می تواند کمتر باشد.
هنگامی که یک پمپ سیرکولاسیون با راندمان بالا به درستی انتخاب شده بتواند به سیستم کامل خدمت کند، مصرف برق کمکی را می توان کاهش داد.
جداکننده های هیدرولیک و مخازن بافر می توانند در شرایط عملیاتی خاصی اختلاط را ایجاد کنند.
یک سیستم مستقیم طراحی شده به درستی می تواند آب خروجی پمپ حرارتی را بدون این اثر اختلاط مستقیماً به پایانه های گرمایش ارسال کند.
این می تواند برای کاربردهای پمپ حرارتی با دمای پایین مفید باشد.
هنگامی که جریان آب در محدوده عملیاتی مورد نیاز باقی می ماند، یک پمپ حرارتی اینورتر می تواند ظرفیت را تعدیل کند تا بار ساختمان را به طور موثر دنبال کند.
یک سیستم متصل مستقیم برای هر پروژه مناسب نیست.
محدودیت های اصلی آن عبارتند از:
از آنجایی که هر دو طرف مدار هیدرولیکی یکسانی دارند، تفاوت های قابل توجهی بین جریان پمپ حرارتی مورد نیاز و جریان ترمینال می تواند مشکلات کنترلی ایجاد کند.
بستن دریچه های ترموستاتیک یا موتوری جریان و فشار کل سیستم را تغییر می دهد.
ساختمانی را در نظر بگیرید که شامل:
این پایانه ها ممکن است به دماهای عرضه متفاوت و ویژگی های جریان متفاوت نیاز داشته باشند.
بنابراین یک حلقه متصل مستقیم ساده ممکن است کافی نباشد.
ممکن است یک پمپ واحد برای غلبه بر افت فشار پمپ حرارتی و شبکه توزیع نیاز داشته باشد.
پمپ های حرارتی مدرن به طور معمول حداقل جریان آب عملیاتی را مشخص می کنند.
اگر جریان سیستم به زیر این مقدار کاهش یابد، عملکرد قابل اعتماد نمی تواند تضمین شود.
پیکربندی تک حلقه ای به ویژه زمانی جذاب است که:
کاربردهای معمولی ممکن است شامل موارد زیر باشد:
پمپ حرارتی + گرمایش از کف
یا
پمپ حرارتی + یک مدار فن کویل اصلی
یا
پمپ حرارتی + سیستم رادیاتور دمای پایین
یک سیستم هیدرونیک اولیه-ثانویه زمانی جذاب تر می شود که:
در این موارد، یک جداکننده هیدرولیک یا آرایش بافر مناسب طراحی شده می تواند به صورت هیدرولیکی سمت پمپ حرارتی را از سمت توزیع ساختمان جدا کند.
از نظر مفهومی:
رادیاتورهای پمپ حرارتی بار جانبی منبع حرارت ┌─────┴─────┐ │ هیدرولیک │◄─────────────────────┐ │ └─────┬─────┘ └──- └──────── مدار اولیه
سپس دو طرف می توانند با نرخ های جریان متفاوت بدون تعامل هیدرولیکی قوی کار کنند.
هیچ پاسخ جهانی وجود ندارد.
یک تصور غلط رایج این است:
یک سیستم تک حلقه همیشه کارآمدتر است زیرا از پمپ های کمتری استفاده می کند.
تصور غلط دیگر این است:
"یک سیستم ابتدایی-ثانویه همیشه بهتر است زیرا حرفه ای تر است."
هیچ یک از این گزاره ها از نظر فنی صحیح نیست.
کارایی سیستم به طراحی کامل هیدرولیک بستگی دارد.
یک سیستم مستقیم با طراحی خوب می تواند بسیار ساده و کارآمد باشد.
با این حال، مجبور کردن یک نصب پیچیده چند منطقه ای در یک حلقه هیدرولیک واحد می تواند باعث جریان ناپایدار، چرخش بیش از حد و کنترل ضعیف دما شود.
برعکس، افزودن مخازن بافر، پمپ ها و دستگاه های اختلاط غیر ضروری به یک سیستم مسکونی ساده می تواند هزینه نصب و مصرف برق انگلی را افزایش دهد.
اصل صحیح این است:
از ساده ترین معماری هیدرولیکی استفاده کنید که می تواند جریان، دما، فشار و پایداری کنترلی مورد نیاز را تحت تمام شرایط عملیاتی مورد انتظار حفظ کند.
یک سیستم پمپ حرارتی تک حلقه ای یک پیکربندی هیدرونیک است که در آن پمپ حرارتی و پایانه های گرمایش/سرمایش از یک مدار گردش آب بدون جداسازی هیدرولیکی بین منبع گرما و طرف بار استفاده می کنند.
نه همیشه.
مخزن بافر باید با توجه به حداقل حجم آب سیستم، حداقل زمان اجرای کمپرسور، الزامات یخ زدایی، استراتژی منطقه بندی و توصیه های سازنده به جای نصب خودکار در هر پروژه در نظر گرفته شود.
بله، مشروط بر اینکه پمپ بتواند جریان طراحی مورد نیاز را در کل سر سیستم محاسبه شده ارائه دهد و در عین حال محدوده جریان عملکرد مورد نیاز پمپ حرارتی را حفظ کند.
ممکن است، اما طراحی دقیق مورد نیاز است، زیرا رادیاتورها و گرمایش از کف اغلب در دماها و نرخ جریان آب متفاوت کار می کنند. مدار اختلاط یا سیستم توزیع هیدرولیکی جدا شده ممکن است مناسب تر باشد.
بله. پمپهای حرارتی اینورتر میتوانند در سیستمهای متصل مستقیم که به درستی طراحی شدهاند به خوبی کار کنند، زیرا ظرفیت کمپرسور میتواند بر اساس تقاضای حرارتی تعدیل شود. با این حال، حداقل جریان آب و حداقل حجم سیستم مورد نیاز هنوز باید رعایت شود.
انتقال حرارت در درجه اول توسط جریان آب و اختلاف دمای عرضه و بازگشت تعیین می شود:
Q ≈ 1.163 × جریان × ΔT
بنابراین ظرفیت پمپ حرارتی، ظرفیت ترمینال، سرعت جریان و ΔT باید با هم در نظر گرفته شوند.
الفسیستم پمپ حرارتی هیدرونیک تک حلقهیکی از ساده ترین راه ها برای اتصال پمپ حرارتی هوا به آب به پایانه های گرمایش یا سرمایش ساختمان است.
مشخصه اصلی آن این است کهمنبع گرما و سمت بار مدار هیدرولیک و جریان آب در گردش یکسان دارند.
هنگامی که پمپ حرارتی، پمپ گردش خون و سیستم ترمینال به درستی مطابقت داشته باشند، این ترتیب چندین مزیت را ارائه می دهد:
با این حال، سادگی نیاز به مهندسی هیدرولیک را برطرف نمی کند.
طراح هنوز باید تأیید کند:
بار گرمایش / سرمایش ← ظرفیت پمپ حرارتی ← طراحی ΔT ← جریان آب مورد نیاز ← افت فشار سیستم ← انتخاب پمپ ← حداقل جریان ← حجم آب → استراتژی کنترل
تنها زمانی که این پارامترها به درستی هماهنگ شده باشند، یک سیستم پمپ حرارتی متصل مستقیم میتواند کارآمد و قابل اطمینان عمل کند.
برای ساختمانهای چند ناحیهای پیچیده، سیستمها یا تأسیسات با جریان متغیر با استفاده از دماهای پایانی مختلف، الفسیستم هیدرونیک اولیه-ثانویهممکن است پایداری و کنترل هیدرولیکی بهتری را فراهم کند.
بنابراین هدف تصمیم گیری در مورد اینکه آیا یک سیستم تک حلقه ای یا اولیه-ثانویه به طور کلی بهتر است، نیست.
هدف، انتخاب معماری هیدرولیکی است که به بهترین وجه با نیازهای عملیاتی واقعی پروژه مطابقت دارد.