جایگزین کردن یک دیگ سنتی گاز، روغن یا الکتریکی با یک دیگپمپ گرما هوا به آببه طور فزاینده ای در پروژه های بازسازی ساختمان های مسکونی، تجاری و عمومی رایج می شود.
با این حال، ارتقاء موفقیت آمیز به سادگی این نیست:
جدا کردن دیگ → نصب یک پمپ گرما → اتصال لوله های موجود.
یک پمپ گرما و یک دیگ در شرایط هیدرولیکی و دمایی بسیار متفاوت کار می کنند.
یک دیگ بخار معمولاً می تواند دمای آب نسبتاً بالا را با تفاوت دمایی نسبتاً بزرگ بین آب عرضه و آب بازگشت فراهم کند.به طور معمول بهترین کارایی خود را در هنگام تامین آب با دمای پایین با جریان آب به دقت کنترل شده به دست می آورد.
این بدان معنی است که قبل از تعویض یک دیگ، مهندسان باید به چند سوال مهم پاسخ دهند:
بار گرمایش و خنک سازی واقعی ساختمان چقدر است؟
پمپ حرارتی باید در دمای طراحی شده در فضای باز چه ظرفیت داشته باشد؟
آیا کول های فن، رادیاتورها یا سیستم گرمایش کف موجود می توانند با دمای جدید آب کار کنند؟
آیا لوله های موجود می توانند جریان آب کافی را فراهم کنند؟
آیا پمپ گردش موجود مناسب است؟
آیا جداسازی هیدرولیکی، یک مخزن بافر یا یک مدار ثانویه مورد نیاز است؟
درک این پرسش ها کلید ارتقاء قابل اعتماد دیگ بخار به پمپ گرما است.
یکی از رایج ترین اشتباهات در بازسازی پمپ گرما انتخاب پمپ گرما جدید بر اساس ظرفیت چاپ شده بر روی صفحه نام دیگ موجود است.
به عنوان مثال:
ظرفیت موجود دیگ = 100 کیلو وات
بنابراین، یک پمپ گرما ۱۰۰ کیلو وات نصب کنید.
این روش می تواند به شدت گمراه کننده باشد.
دیگ های سنتی اغلب بیش از حد بزرگ هستند و ظرفیت اسمی آنها لزوماً نشان دهنده تقاضای واقعی گرمایش اوج ساختمان نیست.
بنابراین نقطه شروع درست این است کهبار گرمایش طراحی شده.
در پروژه هایی که نیاز به خنک سازی دارند، بار خنک سازی طراحی شده نیز باید محاسبه شود.
در یک برآورد اولیه ساده ممکن است از موارد زیر استفاده شود:
کجا:
ق= بار برآورد شده ساختمان، W
A= مساحت طبقه ای تهویه شده، متر مربع
q= برآورد بار واحد، W/m2
به عنوان مثال، اگر یک ساختمان 10،000 متر مربع دارای یک بار گرمایش برآورد شده 70 W/m2 باشد:
بنابراین:
با این حال، مقادیر W/m2 باید فقط برایتخمین اولیه.
انتخاب نهایی پمپ حرارتی ترجیحاً باید بر اساس یک محاسبه مناسب از دست دادن حرارتی / افزایش حرارتی ساختمان با توجه به عایق بندی، شیشه، تهویه / نفوذ، اشغال، افزایش داخلی،دمای طراحی بیرونی و دمای داخلی مورد نیاز.
این امر به ویژه برای پمپ های حرارتی منبع هوا مهم است.
یک پمپ حرارتی که به عنوان یک پمپ حرارتی 20 kW تبلیغ می شود لزوماً 20 kW در تمام شرایط بیرونی را ارائه نمی دهد.
با کاهش دمای هوای بیرونی، ظرفیت گرمایش موجود و COP یک پمپ گرما منبع هوا می تواند به طور قابل توجهی تغییر کند.
بنابراین مهندسان نباید تجهیزات را تنها بر اساس شرایط نامی مانند:
A7/W35
در عوض، ظرفیت باید با شرایط طراحی واقعی پروژه بررسی شود، به عنوان مثال:
A7/W35
A2/W35
A−7/W35
A−15/W45
A-20/W55
بسته به آب و هوا و کاربرد.
اصل درست اينه که:
مگر اینکه سیستم به طور عمدی طراحی شده باشدسیستم دو ارزشیبا گرمایش کمکی
برای پروژه های آب و هوای سرد، ظرفیت گرمایش دمای پایین اغلب مهم تر از kW نامی که در یک کاتالوگ چاپ شده است.
برای سیستم های پمپ گرما هوا به آب برگشت پذیر، یک سوال دیگر ظاهر می شود:
آیا باید اندازه پمپ گرما را با توجه به بار گرمایش یا بار خنک کننده اندازه گیری کنیم؟
پاسخ به آب و هوا بستگی دارد.
در آب و هوای سرد، بار گرمایش معمولا غالب است.
بنابراین پمپ حرارتی به طور معمول با توجه بهبار گرمایش طراحی زمستانی، پس از بررسی ظرفیت کم گرمایش محیط.
در این صورت ظرفیت خنک کننده تابستان به طور خودکار کافی خواهد بود.
این وضعیت می تواند در آب و هوایی که نیاز به گرمایش و خنک سازی قابل توجهی دارد متفاوت باشد.
فرض کنید یک ساختمان تجاری دارای:
اما:
اندازه گیری کل دستگاه پمپ گرما برای 1500 کیلو وات فقط به دلیل اوج خنک کننده ممکن است یک سیستم گرمایش بیش از حد بزرگ ایجاد کند.
یکی از راه حل های مهندسی ممکن یک کارخانه هیبریدی است:
پمپ های حرارتی هوا به آب → گرمایش پایه + خنک سازی جزئی
به علاوه
خنک کننده → خنک کننده فوق العاده
این می تواند استفاده بهتر از تجهیزات و عملکرد انعطاف پذیرتر کارخانه را فراهم کند.
پیکربندی دقیق باید با مشخصات بار، آب و هوا، ساعات کار، تعرفه های برق، الزامات تخفیف و هزینه چرخه عمر تعیین شود، نه تنها ظرفیت اوج.
در بسیاری از پروژه های تعویض دیگ، ساختمان در حال حاضر شامل واحدهای فن کویل هیدرونیک است.
خبر خوب اينه که:
کپسول های فن موجود به طور خودکار نیاز به تعویض ندارند.
اما عملکرد آنها باید در دمای جدید کار تایید شود.
ظرفیت اسپری فن به شدت به تفاوت دمایی بین آب وارد اسپری و هوا اتاق بستگی دارد. بنابراین، کاهش دمای آب به طور کلی باعث کاهش تولید گرمایش می شود.جدول عملکرد تولید کننده باید هر زمان که در دسترس باشد استفاده شود.. (کالفی اسپیا)
به عنوان مثال، یک فن کویل در اصل در اطراف طراحی شده است:
سیستم دما
عرضه 70 درجه سانتیگراد / بازگشت 60 درجه
ممکن است گرما بسیار کمتری را در هنگام کار در:
سیستم پمپ گرما
45°C عرضه / 40°C بازگشت.
پس سوال درست اين نيست که:
آیا یک فن کویل می تواند با آب 45 درجه سانتیگراد کار کند؟
اينه:
آیا این فن کویل می تواند ظرفیت گرمایش اتاق مورد نیاز را در آب 45 درجه سانتیگراد در شرایط جریان هوا و جریان آب واقعی ارائه دهد؟
این تمایز بسیار مهم است.
سیستم های فن کویل یک مزیت عمده در پروژه های بازسازی پمپ گرما دارند:
یک ترمینال معمولا می تواند هم گرمایش و هم خنک سازی را فراهم کند.
در زمستان:
پمپ حرارتی منبع هوا → آب گرم → فن کویل → گرمایش فضای
در تابستان:
پمپ حرارتی منبع هوا → آب خنک شده → فن کویل → خنک سازی فضا
این باعث می شود که فن کویل ها به ویژه برای هتل ها، دفاتر، مدارس، آپارتمان ها و ساختمان های تجاری که نیاز به HVAC در طول سال دارند، جذاب باشند.
با این حال، هنگامی که از آب سرد استفاده می شود، سیم پیچ و سیستم لوله کشی فن نیز باید برای کنترل تهویه طراحی شود، از جمله عایق مناسب و تخلیه تهویه مناسب.
راهنمای طراحی هیدرونیک مدرن همچنین اسپری های فن را به عنوان انتشار دهنده های مفید گرما برای پمپ های گرما هوا به آب می شناسد.به ویژه هنگامی که با سطوح مبادله گرما به اندازه کافی بزرگ برای دمای آب پایین طراحی شده اند. (کالفی اسپیا)
نه لزوماً
رابطه اساسی که انتقال گرما را در یک مدار هیدرونیک کنترل می کند عبارت است از:
کجا:
ق= نرخ انتقال گرما
ṁ= میزان جریان جرم آب
Cp= ظرفیت حرارتي خاص
ΔT= تفاوت دمای آب عرضه و بازگشت
این معادله یکی از مهم ترین تفاوت های بین سیستم های هیدرونیک دیگ و پمپ حرارتی را توضیح می دهد.
برای همان نرخ انتقال گرما:
بنابراین، همانطور که طراحی ΔT کوچکتر می شود، جریان آب مورد نیاز بزرگتر می شود. (کالفی اسپیا)
یک مثال ساده را در نظر بگیرید.
يک سيستم بايد:
برای آب، یک تقریب متریک مناسب این است:
بنابراین:
بنابراین کاهش ΔT از ۱۰ درجه سانتیگراد به ۵ درجه سانتیگراد تقریباًدو برابر جریان آب مورد نیاز.
به همین دلیل است که جایگزینی یک دیگ با یک پمپ گرما می تواند مشکلات هیدرولیکی را ایجاد کند حتی اگر ظرفیت گرمایش به درستی محاسبه شده باشد.
لوله موجود ممکن است برای جریان مطلوب پمپ گرما خیلی کوچک باشد.
یک واکنش رایج این است:
اگر جریان بیش از حد کم باشد، یک پمپ گردش خون بزرگتر نصب کنید.
بعضی وقتا این کار جواب میده
گاهی اوقات مشکل دیگری ایجاد می کند.
افزایش سر پمپ نمی تواند به طور نامحدود برای لوله های زیر اندازه جبران کند. سرعت بیش از حد می تواند منجر به:
کاهش فشار بیشتر
مصرف برق پمپ بیشتر
سر و صدا جریان
سر و صدا دریچه
خطر فرسایش
تعادل هیدرولیکی ضعیف
جریان ناکافی در شاخه های دور
بنابراین روش درست این است:
ظرفیت حرارتی مورد نیاز → جریان آب مورد نیاز → کاهش فشار لوله → سر پمپ موجود → انتخاب پمپ گردش
به جای انتخاب پمپ به صورت مستقل.
تعویض تمام لوله های هیدرونیک موجود می تواند باعث شود که ارتقاء آن بسیار گران و مخرب باشد.
بنابراین، مهندسان باید ابتدا بررسی کنند که آیا شبکه موجود هنوز هم می تواند مورد استفاده قرار گیرد.
چک:
قطر لوله اصلی
قطر لوله شاخه
طول لوله
فیتینگ ها و از دست دادن فشار دریچه ها
منحنی پمپ موجود
فشار دیفرانسیل موجود
جریان مطلوب پمپ گرما
سرعت مجاز آب
تعادل هیدرولیکی
اگر لوله های موجود بتوانند جریان مورد نیاز را با از دست دادن فشار و سرعت قابل قبول تحمل کنند، ممکن است هیچ دلیلی برای تعویض آن وجود نداشته باشد.
این یکی از بزرگترین فرصت ها برای کاهش هزینه های بازسازی است.
گرمایش زیر کف هیدرونیک موجود اغلب حتی برای پمپ های حرارتی مناسب تر از رادیاتورهای معمولی است.
-چرا؟
چون گرمایش کف از یک سطح بسیار بزرگ گرمایی استفاده می کند.
یک منطقه انتقال گرما بزرگتر اجازه می دهد تا ساختمان با استفاده از دمای آب نسبتا کم گرم شود.
این دقیقا چیزیه که یک پمپ گرما ترجیح میده.
Modern heat-pump design guidance identifies well-designed floor heating as particularly suitable for air-to-water heat pumps because it can deliver the required room heat output at relatively low supply water temperatures، بهبود بهره وری پمپ گرما. (کالفی اسپیا)
عملکرد گرمایش دمای پایین می تواند در حدود:
30-35°C آب تامین
یا
آب تامین 35-40 درجه سانتیگراد
بسته به بار ساختمان، ساخت کف، فاصله لوله، پوشش کف و شرایط بیرونی.
دمای طراحی واقعی باید همیشه محاسبه شود نه فرض.
مدار حرارتی طبقه موجود ممکن است برای یک تفاوت دمای عرضه و بازگشت بزرگتر از آنچه پمپ گرما نیاز دارد طراحی شده باشد.
فرض کنيد که مدار طبقه ي قديمي در:
اما پمپ گرما به طور تقریبی نیاز دارد:
برای همان ظرفیت گرمایش، طرف پمپ گرما تقریباً دو برابر جریان آب را نیاز دارد.
این می تواند باعث عدم تطابق بین:
جریان مورد نیاز پمپ گرما
و
ظرفیت جریان مدار UFH موجود.
این به طور خودکار به این معنی نیست که همه لوله های گرمایش کف باید تعویض شوند.
در عوض، سیستم هیدرولیکی باید به درستی طراحی شود.
یکی از راه حل های موثر جداسازی هیدرولیکی مدار پمپ گرما از مدار توزیع ساختمان است.
یک ترتیب معمولی این است:
پمپ گرما → پمپ اصلی → مخزن بافر / جدا کننده هیدرولیک → پمپ ثانویه → سیستم موجود UFH یا فن کویل
این اجازه می دهد تا مدار پمپ گرما جریان مورد نیاز پمپ گرما را حفظ کند در حالی که مدار ساختمان موجود با سرعت جریان متفاوت کار می کند.
این کار به ویژه در موارد زیر مفید است:
چندین منطقه گرمایش به صورت مستقل باز و بسته می شوند.
جریان توزیع موجود با جریان پمپ گرما متفاوت است.
پمپ های گرما چندگانه به صورت زنجیره ای کار می کنند.
هر دو فن و سیستم گرمایش کف استفاده می شود.
حداقل حجم سیستم پمپ گرما باید حفظ شود.
عملیات یخبندان نیاز به انرژی حرارتی ذخیره شده دارد.
جدایی هیدرولیکی اجازه می دهد تا گردشگرهای اولیه و ثانویه با سرعت جریان پایدار اما بالقوه متفاوت کار کنند. (کالفی اسپیا)
رادیاتورها نیاز به ارزیابی دقیق تری دارند.
بسیاری از سیستم های دیگ قدیمی در اطراف دمای آب نسبتا بالا طراحی شده اند.
بنابراین یک پمپ گرما که در دمای آب بسیار پایین تر کار می کند ممکن است عملکرد رادیاتور را ناکافی کند.
راه حل های احتمالی عبارتند از:
افزایش اندازه رادیاتور
اضافه کردن رادیاتورهای اضافی
نصب رادیاتورهای با فن
بهبود عایق ساختمان
کاهش از دست دادن گرما در ساختمان
با استفاده از کپسول های فن با دمای پایین
انتخاب یک پمپ گرما که در صورت لزوم می تواند دمای بالاتر آب را ترک کند.
هدف باید همچنان این باشد:
استفاده از کمترین دمای عملی آب که می تواند بار گرمایش ساختمان را برآورده کند.
دمای آب مورد نیاز پایین تر به طور کلی اجازه می دهد که یک پمپ گرما هوا به آب با COP بالاتر کار کند. (کالفی اسپیا)
پس از بازسازی، جریان کل سیستم ممکن است درست باشد در حالی که برخی از اتاق ها هنوز گرمای کافی دریافت نمی کنند.
-چرا؟
چون آب از مسیر کمترین مقاومت هیدرولیکی پیروی می کند.
مدارهای کوتاه می توانند جریان بیش از حد دریافت کنند در حالی که مدارهای طولانی گرسنه هستند.
بنابراین، راه اندازی پس از ارتقاء باید شامل موارد زیر باشد:
تعادل شعبه ها؛
تنظیم جریان چندگانه
بررسی فشار دیفرانسیل
تنظیم سرعت پمپ
اندازه گیری دمای عرضه و بازگشت
بررسی جریان ترمینال.
مدارهای هیدرونیک موازی به ویژه مفید هستند زیرا شاخه های جداگانه می توانند به طور مستقل متعادل و کنترل شوند.کالفی اسپیا)
برای پروژه های مهندسی، این فرآیند را می توان به شرح زیر خلاصه کرد:
مرحله 1 ️ محاسبه بار ساختمان
تعیین بار گرمایش طراحی شده و در صورت لزوم بار خنک کننده
↓
مرحله ۲ ۰ تعیین شرایط طراحی در فضای باز
از دمای زمستانی و تابستانی طراحی محلی استفاده کنید.
↓
مرحله 3 ️ انتخاب ظرفیت پمپ گرما
بررسی قدرت گرمایش/برد واقعی در دمای مطلوب بیرون و دمای آب بیرون.
↓
مرحله ۴ دمای آب مورد نیاز را تعیین کنید
بررسی کول های فن موجود، رادیاتورها یا سیستم های گرمایش طبقه.
↓
مرحله 5 ️ محاسبه جریان آب مورد نیاز
استفاده:
↓
مرحله 6 ️ بررسی لوله های موجود
قطر، کاهش فشار و سرعت مجاز را بررسی کنید.
↓
مرحله 7 ️ انتخاب پمپ های گردش
از جریان طراحی و مقاومت سیستم محاسبه شده استفاده کنید نه فقط قطر لوله.
↓
مرحله 8 ️ تصمیم بگیرید که آیا جداسازی هیدرولیکی مورد نیاز است
تانک های بافر، جداکننده های هیدرولیکی و پمپاژ اولیه و ثانویه را در نظر بگیرید.
↓
مرحله 9 ️ میزان باقیمانده و کمیسیون
اندازه گیری جریان واقعی، دمای تغذیه، دمای بازگشت و ΔT در شرایط عملیاتی.
یک ساختمان تجاری را با بار گرمایش طراحی شده در نظر بگیرید:
اگر سیستم پمپ گرما در اطراف:
پس:
این به این معنی است که مدار هیدرونیک اصلی باید قادر به حمل تقریبا86 متر3/ساعتدر شرایط طراحی
اگر مدار دماهای موجود در اطراف:
جریان طراحی قبلی آن ممکن است فقط:
بنابراین پمپ گرما جدید ممکن است تقریباًدو برابر جریان آب طراحی شده.
این محاسبات به مهندس فوراً می گوید که چه چیزی باید مورد بررسی قرار گیرد:
آیا شبکه لوله ها و پمپ های موجود می توانند این جریان افزایش یافته را تحمل کنند؟
اگر بله، بسیاری از سیستم اصلی ممکن است باقی بماند.
در غیر این صورت، اصلاح هیدرولیکی لازم است.
یک ارتقاء موفق به سه سیستم نیاز دارد که با هم مطابقت داشته باشند:
پمپ گرما باید در شرایط واقعی در فضای باز ظرفیت کافی داشته باشد.
لوله ها و پمپ ها باید جریان آب کافی را ارائه دهند.
کپسول های فن، رادیاتورها یا سیستم گرمایش کف باید در دمای آب انتخاب شده، انرژی کافی را در اتاق تولید کنند.
اگر یکی از این سه مورد به طور نادرست طراحی شود، سیستم ممکن است:
گرمایش ناکافی → دمای آب بالا → COP پایین تر → مصرف برق بیشتر → تجربه ضعیف مشتری
به همین دلیل است که بازسازی پمپ های حرارتی همیشه باید به عنوان یکپروژه مهندسی سیستم هیدرونیک کامل، نه فقط جایگزینی تجهیزات.
گاهی اوقات، اما سیستم موجود باید ابتدا برای بار گرمایی، دمای آب مورد نیاز، خروجی پایانی، جریان آب، قطر لوله و ظرفیت پمپ گردش بررسی شود.تعویض مستقیم یک به یک بدون تجزیه و تحلیل هیدرولیکی می تواند منجر به عملکرد ضعیف شود.
بله، در بسیاری از موارد. با این حال، ظرفیت گرمایش آنها باید در دمای پایین آب که معمولاً با کار پمپ گرما همراه است، بررسی شود.اطلاعات عملکرد سازنده باید هر زمان که در دسترس باشد استفاده شود..
معمولاً بله. گرمایش کف آبی به ویژه برای پمپ های گرما مناسب است زیرا منطقه انتشار آن به دلیل دمای آب نسبتاً پایین است.
انتقال گرما هم به جریان آب و هم به تفاوت دمای عرضه و بازگشت بستگی دارد. هنگامی که ΔT کاهش می یابد، جریان آب باید برای انتقال همان مقدار گرما افزایش یابد.
لوله های موجود باید به صورت هیدرولیکی با جریان جدید مورد نیاز و کاهش فشار بررسی شوند. اگر جریان قابل قبول بدون سرعت بیش از حد یا سر پمپ به دست آید،لوله ها ميتونن باقي بمونن.
این بستگی به طراحی سیستم دارد. یک مخزن بافر یا جدا کننده هیدرولیک می تواند مفید باشد زمانی که پمپ گرما و مدار ساختمان نیاز به جریان های مختلف دارند، زمانی که چندین منطقه اغلب بسته می شوند،زمانی که نیاز به حجم سیستم اضافی وجود دارد، یا زمانی که نیاز به کار ثابتی از طریق ذوب یخ باشد.
هر دو می توانند به خوبی کار کنند. گرمایش کفپوش دارای بهره وری بسیار عالی در گرمایش دمای پایین است، در حالی که فن کویل ها می توانند هم گرمایش و هم خنک کردن آب سرد را فراهم کنند.بهترین انتخاب بستگی به نوع ساختمان دارد، تقاضای گرمایش/برد و زیرساخت های توزیع موجود.
جایگزینی یک دیگ با یک پمپ حرارتی منبع هوا در درجه اول به دنبال یافتن یک پمپ حرارتی با همان kW نیست.
سوال مهندسی واقعی اینه:
آیا پمپ گرما، سیستم توزیع هیدرونیک و فرستنده های گرما موجود می توانند در دمای آب، جریان و بار طراحی مورد نیاز با هم کار کنند؟
بنابراین یک نوسازی حرفه ای با محاسبه بار ساختمان شروع می شود، و سپس انتخاب عملکرد پمپ حرارتی، تأیید ترمینال و تجزیه و تحلیل هیدرولیکی.
اما این تنها زمانی امکان پذیر است که مهندسان با دقت بررسی کنند که آیا سیستم های گرمایش زیر زمین و فن های موجود می توانند به طور قابل توجهی هزینه های بازسازی را کاهش دهند.دمای آب، ΔT، سرعت جریان، کاهش فشار لوله، عملکرد پمپ گردش و ظرفیت پایانی.
هنگامی که این عناصر به درستی مطابقت داشته باشند، تبدیل یک سیستم هیدرونیک مبتنی بر دیگ به یک پمپ گرما هوا به آب می تواند گرمایش کارآمد را ارائه دهد.خنک سازی و صرفه جویی در انرژی در دراز مدت بدون بازسازی غیرضروری کل سیستم توزیع.
معادلات و مثال های بالا برای درک اولیه مهندسی طراحی شده اند. انتخاب تجهیزات نهایی همیشه باید از محاسبات گرما-از دست دادن / گرما-به دست آوردن خاص پروژه استفاده کند.داده های آب و هوایی طراحی محلی، محاسبات هیدرولیکی و داده های عملکرد گواهی شده تولید کننده پمپ حرارتی / فن کویل.
ووتک حل و فصل پمپ های حرارتی حرفه ای
برای راه حل های پمپ گرما هوا به آب مسکونی، تجاری و OEM، از جمله گرمایش دمای پایین، فن کویل و برنامه های گرمایش کفپوش، مراجعه کنید:
جایگزین کردن یک دیگ سنتی گاز، روغن یا الکتریکی با یک دیگپمپ گرما هوا به آببه طور فزاینده ای در پروژه های بازسازی ساختمان های مسکونی، تجاری و عمومی رایج می شود.
با این حال، ارتقاء موفقیت آمیز به سادگی این نیست:
جدا کردن دیگ → نصب یک پمپ گرما → اتصال لوله های موجود.
یک پمپ گرما و یک دیگ در شرایط هیدرولیکی و دمایی بسیار متفاوت کار می کنند.
یک دیگ بخار معمولاً می تواند دمای آب نسبتاً بالا را با تفاوت دمایی نسبتاً بزرگ بین آب عرضه و آب بازگشت فراهم کند.به طور معمول بهترین کارایی خود را در هنگام تامین آب با دمای پایین با جریان آب به دقت کنترل شده به دست می آورد.
این بدان معنی است که قبل از تعویض یک دیگ، مهندسان باید به چند سوال مهم پاسخ دهند:
بار گرمایش و خنک سازی واقعی ساختمان چقدر است؟
پمپ حرارتی باید در دمای طراحی شده در فضای باز چه ظرفیت داشته باشد؟
آیا کول های فن، رادیاتورها یا سیستم گرمایش کف موجود می توانند با دمای جدید آب کار کنند؟
آیا لوله های موجود می توانند جریان آب کافی را فراهم کنند؟
آیا پمپ گردش موجود مناسب است؟
آیا جداسازی هیدرولیکی، یک مخزن بافر یا یک مدار ثانویه مورد نیاز است؟
درک این پرسش ها کلید ارتقاء قابل اعتماد دیگ بخار به پمپ گرما است.
یکی از رایج ترین اشتباهات در بازسازی پمپ گرما انتخاب پمپ گرما جدید بر اساس ظرفیت چاپ شده بر روی صفحه نام دیگ موجود است.
به عنوان مثال:
ظرفیت موجود دیگ = 100 کیلو وات
بنابراین، یک پمپ گرما ۱۰۰ کیلو وات نصب کنید.
این روش می تواند به شدت گمراه کننده باشد.
دیگ های سنتی اغلب بیش از حد بزرگ هستند و ظرفیت اسمی آنها لزوماً نشان دهنده تقاضای واقعی گرمایش اوج ساختمان نیست.
بنابراین نقطه شروع درست این است کهبار گرمایش طراحی شده.
در پروژه هایی که نیاز به خنک سازی دارند، بار خنک سازی طراحی شده نیز باید محاسبه شود.
در یک برآورد اولیه ساده ممکن است از موارد زیر استفاده شود:
کجا:
ق= بار برآورد شده ساختمان، W
A= مساحت طبقه ای تهویه شده، متر مربع
q= برآورد بار واحد، W/m2
به عنوان مثال، اگر یک ساختمان 10،000 متر مربع دارای یک بار گرمایش برآورد شده 70 W/m2 باشد:
بنابراین:
با این حال، مقادیر W/m2 باید فقط برایتخمین اولیه.
انتخاب نهایی پمپ حرارتی ترجیحاً باید بر اساس یک محاسبه مناسب از دست دادن حرارتی / افزایش حرارتی ساختمان با توجه به عایق بندی، شیشه، تهویه / نفوذ، اشغال، افزایش داخلی،دمای طراحی بیرونی و دمای داخلی مورد نیاز.
این امر به ویژه برای پمپ های حرارتی منبع هوا مهم است.
یک پمپ حرارتی که به عنوان یک پمپ حرارتی 20 kW تبلیغ می شود لزوماً 20 kW در تمام شرایط بیرونی را ارائه نمی دهد.
با کاهش دمای هوای بیرونی، ظرفیت گرمایش موجود و COP یک پمپ گرما منبع هوا می تواند به طور قابل توجهی تغییر کند.
بنابراین مهندسان نباید تجهیزات را تنها بر اساس شرایط نامی مانند:
A7/W35
در عوض، ظرفیت باید با شرایط طراحی واقعی پروژه بررسی شود، به عنوان مثال:
A7/W35
A2/W35
A−7/W35
A−15/W45
A-20/W55
بسته به آب و هوا و کاربرد.
اصل درست اينه که:
مگر اینکه سیستم به طور عمدی طراحی شده باشدسیستم دو ارزشیبا گرمایش کمکی
برای پروژه های آب و هوای سرد، ظرفیت گرمایش دمای پایین اغلب مهم تر از kW نامی که در یک کاتالوگ چاپ شده است.
برای سیستم های پمپ گرما هوا به آب برگشت پذیر، یک سوال دیگر ظاهر می شود:
آیا باید اندازه پمپ گرما را با توجه به بار گرمایش یا بار خنک کننده اندازه گیری کنیم؟
پاسخ به آب و هوا بستگی دارد.
در آب و هوای سرد، بار گرمایش معمولا غالب است.
بنابراین پمپ حرارتی به طور معمول با توجه بهبار گرمایش طراحی زمستانی، پس از بررسی ظرفیت کم گرمایش محیط.
در این صورت ظرفیت خنک کننده تابستان به طور خودکار کافی خواهد بود.
این وضعیت می تواند در آب و هوایی که نیاز به گرمایش و خنک سازی قابل توجهی دارد متفاوت باشد.
فرض کنید یک ساختمان تجاری دارای:
اما:
اندازه گیری کل دستگاه پمپ گرما برای 1500 کیلو وات فقط به دلیل اوج خنک کننده ممکن است یک سیستم گرمایش بیش از حد بزرگ ایجاد کند.
یکی از راه حل های مهندسی ممکن یک کارخانه هیبریدی است:
پمپ های حرارتی هوا به آب → گرمایش پایه + خنک سازی جزئی
به علاوه
خنک کننده → خنک کننده فوق العاده
این می تواند استفاده بهتر از تجهیزات و عملکرد انعطاف پذیرتر کارخانه را فراهم کند.
پیکربندی دقیق باید با مشخصات بار، آب و هوا، ساعات کار، تعرفه های برق، الزامات تخفیف و هزینه چرخه عمر تعیین شود، نه تنها ظرفیت اوج.
در بسیاری از پروژه های تعویض دیگ، ساختمان در حال حاضر شامل واحدهای فن کویل هیدرونیک است.
خبر خوب اينه که:
کپسول های فن موجود به طور خودکار نیاز به تعویض ندارند.
اما عملکرد آنها باید در دمای جدید کار تایید شود.
ظرفیت اسپری فن به شدت به تفاوت دمایی بین آب وارد اسپری و هوا اتاق بستگی دارد. بنابراین، کاهش دمای آب به طور کلی باعث کاهش تولید گرمایش می شود.جدول عملکرد تولید کننده باید هر زمان که در دسترس باشد استفاده شود.. (کالفی اسپیا)
به عنوان مثال، یک فن کویل در اصل در اطراف طراحی شده است:
سیستم دما
عرضه 70 درجه سانتیگراد / بازگشت 60 درجه
ممکن است گرما بسیار کمتری را در هنگام کار در:
سیستم پمپ گرما
45°C عرضه / 40°C بازگشت.
پس سوال درست اين نيست که:
آیا یک فن کویل می تواند با آب 45 درجه سانتیگراد کار کند؟
اينه:
آیا این فن کویل می تواند ظرفیت گرمایش اتاق مورد نیاز را در آب 45 درجه سانتیگراد در شرایط جریان هوا و جریان آب واقعی ارائه دهد؟
این تمایز بسیار مهم است.
سیستم های فن کویل یک مزیت عمده در پروژه های بازسازی پمپ گرما دارند:
یک ترمینال معمولا می تواند هم گرمایش و هم خنک سازی را فراهم کند.
در زمستان:
پمپ حرارتی منبع هوا → آب گرم → فن کویل → گرمایش فضای
در تابستان:
پمپ حرارتی منبع هوا → آب خنک شده → فن کویل → خنک سازی فضا
این باعث می شود که فن کویل ها به ویژه برای هتل ها، دفاتر، مدارس، آپارتمان ها و ساختمان های تجاری که نیاز به HVAC در طول سال دارند، جذاب باشند.
با این حال، هنگامی که از آب سرد استفاده می شود، سیم پیچ و سیستم لوله کشی فن نیز باید برای کنترل تهویه طراحی شود، از جمله عایق مناسب و تخلیه تهویه مناسب.
راهنمای طراحی هیدرونیک مدرن همچنین اسپری های فن را به عنوان انتشار دهنده های مفید گرما برای پمپ های گرما هوا به آب می شناسد.به ویژه هنگامی که با سطوح مبادله گرما به اندازه کافی بزرگ برای دمای آب پایین طراحی شده اند. (کالفی اسپیا)
نه لزوماً
رابطه اساسی که انتقال گرما را در یک مدار هیدرونیک کنترل می کند عبارت است از:
کجا:
ق= نرخ انتقال گرما
ṁ= میزان جریان جرم آب
Cp= ظرفیت حرارتي خاص
ΔT= تفاوت دمای آب عرضه و بازگشت
این معادله یکی از مهم ترین تفاوت های بین سیستم های هیدرونیک دیگ و پمپ حرارتی را توضیح می دهد.
برای همان نرخ انتقال گرما:
بنابراین، همانطور که طراحی ΔT کوچکتر می شود، جریان آب مورد نیاز بزرگتر می شود. (کالفی اسپیا)
یک مثال ساده را در نظر بگیرید.
يک سيستم بايد:
برای آب، یک تقریب متریک مناسب این است:
بنابراین:
بنابراین کاهش ΔT از ۱۰ درجه سانتیگراد به ۵ درجه سانتیگراد تقریباًدو برابر جریان آب مورد نیاز.
به همین دلیل است که جایگزینی یک دیگ با یک پمپ گرما می تواند مشکلات هیدرولیکی را ایجاد کند حتی اگر ظرفیت گرمایش به درستی محاسبه شده باشد.
لوله موجود ممکن است برای جریان مطلوب پمپ گرما خیلی کوچک باشد.
یک واکنش رایج این است:
اگر جریان بیش از حد کم باشد، یک پمپ گردش خون بزرگتر نصب کنید.
بعضی وقتا این کار جواب میده
گاهی اوقات مشکل دیگری ایجاد می کند.
افزایش سر پمپ نمی تواند به طور نامحدود برای لوله های زیر اندازه جبران کند. سرعت بیش از حد می تواند منجر به:
کاهش فشار بیشتر
مصرف برق پمپ بیشتر
سر و صدا جریان
سر و صدا دریچه
خطر فرسایش
تعادل هیدرولیکی ضعیف
جریان ناکافی در شاخه های دور
بنابراین روش درست این است:
ظرفیت حرارتی مورد نیاز → جریان آب مورد نیاز → کاهش فشار لوله → سر پمپ موجود → انتخاب پمپ گردش
به جای انتخاب پمپ به صورت مستقل.
تعویض تمام لوله های هیدرونیک موجود می تواند باعث شود که ارتقاء آن بسیار گران و مخرب باشد.
بنابراین، مهندسان باید ابتدا بررسی کنند که آیا شبکه موجود هنوز هم می تواند مورد استفاده قرار گیرد.
چک:
قطر لوله اصلی
قطر لوله شاخه
طول لوله
فیتینگ ها و از دست دادن فشار دریچه ها
منحنی پمپ موجود
فشار دیفرانسیل موجود
جریان مطلوب پمپ گرما
سرعت مجاز آب
تعادل هیدرولیکی
اگر لوله های موجود بتوانند جریان مورد نیاز را با از دست دادن فشار و سرعت قابل قبول تحمل کنند، ممکن است هیچ دلیلی برای تعویض آن وجود نداشته باشد.
این یکی از بزرگترین فرصت ها برای کاهش هزینه های بازسازی است.
گرمایش زیر کف هیدرونیک موجود اغلب حتی برای پمپ های حرارتی مناسب تر از رادیاتورهای معمولی است.
-چرا؟
چون گرمایش کف از یک سطح بسیار بزرگ گرمایی استفاده می کند.
یک منطقه انتقال گرما بزرگتر اجازه می دهد تا ساختمان با استفاده از دمای آب نسبتا کم گرم شود.
این دقیقا چیزیه که یک پمپ گرما ترجیح میده.
Modern heat-pump design guidance identifies well-designed floor heating as particularly suitable for air-to-water heat pumps because it can deliver the required room heat output at relatively low supply water temperatures، بهبود بهره وری پمپ گرما. (کالفی اسپیا)
عملکرد گرمایش دمای پایین می تواند در حدود:
30-35°C آب تامین
یا
آب تامین 35-40 درجه سانتیگراد
بسته به بار ساختمان، ساخت کف، فاصله لوله، پوشش کف و شرایط بیرونی.
دمای طراحی واقعی باید همیشه محاسبه شود نه فرض.
مدار حرارتی طبقه موجود ممکن است برای یک تفاوت دمای عرضه و بازگشت بزرگتر از آنچه پمپ گرما نیاز دارد طراحی شده باشد.
فرض کنيد که مدار طبقه ي قديمي در:
اما پمپ گرما به طور تقریبی نیاز دارد:
برای همان ظرفیت گرمایش، طرف پمپ گرما تقریباً دو برابر جریان آب را نیاز دارد.
این می تواند باعث عدم تطابق بین:
جریان مورد نیاز پمپ گرما
و
ظرفیت جریان مدار UFH موجود.
این به طور خودکار به این معنی نیست که همه لوله های گرمایش کف باید تعویض شوند.
در عوض، سیستم هیدرولیکی باید به درستی طراحی شود.
یکی از راه حل های موثر جداسازی هیدرولیکی مدار پمپ گرما از مدار توزیع ساختمان است.
یک ترتیب معمولی این است:
پمپ گرما → پمپ اصلی → مخزن بافر / جدا کننده هیدرولیک → پمپ ثانویه → سیستم موجود UFH یا فن کویل
این اجازه می دهد تا مدار پمپ گرما جریان مورد نیاز پمپ گرما را حفظ کند در حالی که مدار ساختمان موجود با سرعت جریان متفاوت کار می کند.
این کار به ویژه در موارد زیر مفید است:
چندین منطقه گرمایش به صورت مستقل باز و بسته می شوند.
جریان توزیع موجود با جریان پمپ گرما متفاوت است.
پمپ های گرما چندگانه به صورت زنجیره ای کار می کنند.
هر دو فن و سیستم گرمایش کف استفاده می شود.
حداقل حجم سیستم پمپ گرما باید حفظ شود.
عملیات یخبندان نیاز به انرژی حرارتی ذخیره شده دارد.
جدایی هیدرولیکی اجازه می دهد تا گردشگرهای اولیه و ثانویه با سرعت جریان پایدار اما بالقوه متفاوت کار کنند. (کالفی اسپیا)
رادیاتورها نیاز به ارزیابی دقیق تری دارند.
بسیاری از سیستم های دیگ قدیمی در اطراف دمای آب نسبتا بالا طراحی شده اند.
بنابراین یک پمپ گرما که در دمای آب بسیار پایین تر کار می کند ممکن است عملکرد رادیاتور را ناکافی کند.
راه حل های احتمالی عبارتند از:
افزایش اندازه رادیاتور
اضافه کردن رادیاتورهای اضافی
نصب رادیاتورهای با فن
بهبود عایق ساختمان
کاهش از دست دادن گرما در ساختمان
با استفاده از کپسول های فن با دمای پایین
انتخاب یک پمپ گرما که در صورت لزوم می تواند دمای بالاتر آب را ترک کند.
هدف باید همچنان این باشد:
استفاده از کمترین دمای عملی آب که می تواند بار گرمایش ساختمان را برآورده کند.
دمای آب مورد نیاز پایین تر به طور کلی اجازه می دهد که یک پمپ گرما هوا به آب با COP بالاتر کار کند. (کالفی اسپیا)
پس از بازسازی، جریان کل سیستم ممکن است درست باشد در حالی که برخی از اتاق ها هنوز گرمای کافی دریافت نمی کنند.
-چرا؟
چون آب از مسیر کمترین مقاومت هیدرولیکی پیروی می کند.
مدارهای کوتاه می توانند جریان بیش از حد دریافت کنند در حالی که مدارهای طولانی گرسنه هستند.
بنابراین، راه اندازی پس از ارتقاء باید شامل موارد زیر باشد:
تعادل شعبه ها؛
تنظیم جریان چندگانه
بررسی فشار دیفرانسیل
تنظیم سرعت پمپ
اندازه گیری دمای عرضه و بازگشت
بررسی جریان ترمینال.
مدارهای هیدرونیک موازی به ویژه مفید هستند زیرا شاخه های جداگانه می توانند به طور مستقل متعادل و کنترل شوند.کالفی اسپیا)
برای پروژه های مهندسی، این فرآیند را می توان به شرح زیر خلاصه کرد:
مرحله 1 ️ محاسبه بار ساختمان
تعیین بار گرمایش طراحی شده و در صورت لزوم بار خنک کننده
↓
مرحله ۲ ۰ تعیین شرایط طراحی در فضای باز
از دمای زمستانی و تابستانی طراحی محلی استفاده کنید.
↓
مرحله 3 ️ انتخاب ظرفیت پمپ گرما
بررسی قدرت گرمایش/برد واقعی در دمای مطلوب بیرون و دمای آب بیرون.
↓
مرحله ۴ دمای آب مورد نیاز را تعیین کنید
بررسی کول های فن موجود، رادیاتورها یا سیستم های گرمایش طبقه.
↓
مرحله 5 ️ محاسبه جریان آب مورد نیاز
استفاده:
↓
مرحله 6 ️ بررسی لوله های موجود
قطر، کاهش فشار و سرعت مجاز را بررسی کنید.
↓
مرحله 7 ️ انتخاب پمپ های گردش
از جریان طراحی و مقاومت سیستم محاسبه شده استفاده کنید نه فقط قطر لوله.
↓
مرحله 8 ️ تصمیم بگیرید که آیا جداسازی هیدرولیکی مورد نیاز است
تانک های بافر، جداکننده های هیدرولیکی و پمپاژ اولیه و ثانویه را در نظر بگیرید.
↓
مرحله 9 ️ میزان باقیمانده و کمیسیون
اندازه گیری جریان واقعی، دمای تغذیه، دمای بازگشت و ΔT در شرایط عملیاتی.
یک ساختمان تجاری را با بار گرمایش طراحی شده در نظر بگیرید:
اگر سیستم پمپ گرما در اطراف:
پس:
این به این معنی است که مدار هیدرونیک اصلی باید قادر به حمل تقریبا86 متر3/ساعتدر شرایط طراحی
اگر مدار دماهای موجود در اطراف:
جریان طراحی قبلی آن ممکن است فقط:
بنابراین پمپ گرما جدید ممکن است تقریباًدو برابر جریان آب طراحی شده.
این محاسبات به مهندس فوراً می گوید که چه چیزی باید مورد بررسی قرار گیرد:
آیا شبکه لوله ها و پمپ های موجود می توانند این جریان افزایش یافته را تحمل کنند؟
اگر بله، بسیاری از سیستم اصلی ممکن است باقی بماند.
در غیر این صورت، اصلاح هیدرولیکی لازم است.
یک ارتقاء موفق به سه سیستم نیاز دارد که با هم مطابقت داشته باشند:
پمپ گرما باید در شرایط واقعی در فضای باز ظرفیت کافی داشته باشد.
لوله ها و پمپ ها باید جریان آب کافی را ارائه دهند.
کپسول های فن، رادیاتورها یا سیستم گرمایش کف باید در دمای آب انتخاب شده، انرژی کافی را در اتاق تولید کنند.
اگر یکی از این سه مورد به طور نادرست طراحی شود، سیستم ممکن است:
گرمایش ناکافی → دمای آب بالا → COP پایین تر → مصرف برق بیشتر → تجربه ضعیف مشتری
به همین دلیل است که بازسازی پمپ های حرارتی همیشه باید به عنوان یکپروژه مهندسی سیستم هیدرونیک کامل، نه فقط جایگزینی تجهیزات.
گاهی اوقات، اما سیستم موجود باید ابتدا برای بار گرمایی، دمای آب مورد نیاز، خروجی پایانی، جریان آب، قطر لوله و ظرفیت پمپ گردش بررسی شود.تعویض مستقیم یک به یک بدون تجزیه و تحلیل هیدرولیکی می تواند منجر به عملکرد ضعیف شود.
بله، در بسیاری از موارد. با این حال، ظرفیت گرمایش آنها باید در دمای پایین آب که معمولاً با کار پمپ گرما همراه است، بررسی شود.اطلاعات عملکرد سازنده باید هر زمان که در دسترس باشد استفاده شود..
معمولاً بله. گرمایش کف آبی به ویژه برای پمپ های گرما مناسب است زیرا منطقه انتشار آن به دلیل دمای آب نسبتاً پایین است.
انتقال گرما هم به جریان آب و هم به تفاوت دمای عرضه و بازگشت بستگی دارد. هنگامی که ΔT کاهش می یابد، جریان آب باید برای انتقال همان مقدار گرما افزایش یابد.
لوله های موجود باید به صورت هیدرولیکی با جریان جدید مورد نیاز و کاهش فشار بررسی شوند. اگر جریان قابل قبول بدون سرعت بیش از حد یا سر پمپ به دست آید،لوله ها ميتونن باقي بمونن.
این بستگی به طراحی سیستم دارد. یک مخزن بافر یا جدا کننده هیدرولیک می تواند مفید باشد زمانی که پمپ گرما و مدار ساختمان نیاز به جریان های مختلف دارند، زمانی که چندین منطقه اغلب بسته می شوند،زمانی که نیاز به حجم سیستم اضافی وجود دارد، یا زمانی که نیاز به کار ثابتی از طریق ذوب یخ باشد.
هر دو می توانند به خوبی کار کنند. گرمایش کفپوش دارای بهره وری بسیار عالی در گرمایش دمای پایین است، در حالی که فن کویل ها می توانند هم گرمایش و هم خنک کردن آب سرد را فراهم کنند.بهترین انتخاب بستگی به نوع ساختمان دارد، تقاضای گرمایش/برد و زیرساخت های توزیع موجود.
جایگزینی یک دیگ با یک پمپ حرارتی منبع هوا در درجه اول به دنبال یافتن یک پمپ حرارتی با همان kW نیست.
سوال مهندسی واقعی اینه:
آیا پمپ گرما، سیستم توزیع هیدرونیک و فرستنده های گرما موجود می توانند در دمای آب، جریان و بار طراحی مورد نیاز با هم کار کنند؟
بنابراین یک نوسازی حرفه ای با محاسبه بار ساختمان شروع می شود، و سپس انتخاب عملکرد پمپ حرارتی، تأیید ترمینال و تجزیه و تحلیل هیدرولیکی.
اما این تنها زمانی امکان پذیر است که مهندسان با دقت بررسی کنند که آیا سیستم های گرمایش زیر زمین و فن های موجود می توانند به طور قابل توجهی هزینه های بازسازی را کاهش دهند.دمای آب، ΔT، سرعت جریان، کاهش فشار لوله، عملکرد پمپ گردش و ظرفیت پایانی.
هنگامی که این عناصر به درستی مطابقت داشته باشند، تبدیل یک سیستم هیدرونیک مبتنی بر دیگ به یک پمپ گرما هوا به آب می تواند گرمایش کارآمد را ارائه دهد.خنک سازی و صرفه جویی در انرژی در دراز مدت بدون بازسازی غیرضروری کل سیستم توزیع.
معادلات و مثال های بالا برای درک اولیه مهندسی طراحی شده اند. انتخاب تجهیزات نهایی همیشه باید از محاسبات گرما-از دست دادن / گرما-به دست آوردن خاص پروژه استفاده کند.داده های آب و هوایی طراحی محلی، محاسبات هیدرولیکی و داده های عملکرد گواهی شده تولید کننده پمپ حرارتی / فن کویل.
ووتک حل و فصل پمپ های حرارتی حرفه ای
برای راه حل های پمپ گرما هوا به آب مسکونی، تجاری و OEM، از جمله گرمایش دمای پایین، فن کویل و برنامه های گرمایش کفپوش، مراجعه کنید: