lub.

.

A

.

• Ogrzewanie podłogowe
• Grzejniki
• Wężownice centrali wentylacyjnej

SUPPLY WATER → ┌─────────────┐ ┌──────────────┐ │ │ │ Circulation │ │ Heat Pump ├────►│ Pump ├──────────────┐ │ │ └──────────────┘ │ └──────▲──────┘ │ │ ▼ │ ┌─────────────────────────┐ │ │ Load Side │ │ │ │ │ │ Radiator │ │ │ Fan Coil │ │ │ Underfloor Heating │ │ └────────────┬────────────┘ │ │ └──────────────────── ─────────────────────┘ ← WODA POWROTNA

Na przykład:

Profil temperaturowy

4. Dlaczego ΔT jest ważne?

Gdzie:

• Q
• M

Dlatego:

Przykład

z:

ΔT = 5 K

• Okupacja
• Ustawienia termostatu
• Warunki atmosferyczne

.

6. Co się stanie, gdy moc pompy ciepła przekroczy zapotrzebowanie budynku?

Rozważ system podczas uruchamiania.

Woda w budynku i w nim obiegowa mogą początkowo być zimne.

W tym momencie:

• Zapotrzebowanie na ciepło jest duże.
• Temperatura wody powrotnej jest niska.
• Przenikanie ciepła po stronie terminala jest wysokie.
• Pompa ciepła pracuje ze stosunkowo dużą mocą.

Gdy budynek zbliża się do temperatury docelowej, końcowe zapotrzebowanie na ciepło maleje.

Jeśli pompa ciepła w dalszym ciągu wytwarza więcej ciepła, niż budynek jest w stanie pochłonąć, nadmiar energii cieplnej tymczasowo zwiększa temperaturę wody obiegowej i masę termiczną systemu.

W rezultacie:

Rośnie średnia temperatura wody w systemie.

Sterownik pompy ciepła reaguje następnie poprzez:

• Zmniejszenie częstotliwości sprężarki w systemie inwerterowym lub
• Zatrzymanie sprężarki po osiągnięciu temperatury docelowej.

To jeden z powodówPompy ciepła z pełnym inwerterem prądu stałego nadają się szczególnie do odpowiednio zaprojektowanych niskotemperaturowych systemów hydraulicznych.

Zamiast pracować tylko z pełną wydajnością lub całkowicie się zatrzymywać, sprężarka może modulować swoją moc wyjściową, aby nadążać za zmianami zapotrzebowania budynku.

7. Znaczenie objętości wody w systemie

Objętość wody zapewnia bezwładność cieplną.

Uproszczony sposób zrozumienia tego jest następujący:

Pompa ciepła wytwarza ciepło ↓ ┌──────────────┐ │ Woda systemowa │ │ Objętość │ └──────┬───────┘ ↓ Zaciski grzewcze ↓ Budynek

Jeżeli produkcja ciepła i jego zużycie są chwilowo różne, objętość wody może pochłonąć część tej nierównowagi.

Odpowiednia ilość wody może pomóc:

• Stabilizuj temperaturę wody
• Ogranicz szybkie cykle sprężarek
• Popraw stabilność pracy pompy ciepła
• Dostarczają energię cieplną w warunkach przejściowych
• Obsługa operacji odszraniania w niektórych konfiguracjach systemu

Jednakże,większa objętość wody nie jest automatycznie lepsza.

Nadmierna objętość bufora może zwiększyć:

• Koszt instalacji
• Wymagania przestrzenne
• Stałe straty ciepła
• Czas nagrzewania systemu

Dlatego też należy określić prawidłową objętość zgodnie z minimalnymi wymaganiami producenta pompy ciepła dotyczącymi objętości wody oraz charakterystyką hydrauliczną projektu.

8. Zależność pomiędzy wydajnością pompy ciepła a temperaturą wody

Nowoczesna inwerterowa pompa ciepła w sposób ciągły dostosowuje swoją moc do warunków pracy.

Gdy zapotrzebowanie na ciepło wzrasta:

Wyższe obciążenie → Wyższa wymagana moc cieplna

W zależności od strategii sterowania system może reagować poprzez:

• Wyższa częstotliwość sprężarki
• Wyższa temperatura wody zasilającej
• Zwiększony przepływ cyrkulacyjny
• Lub kombinacja tych czynników

Gdy zapotrzebowanie na ciepło maleje:

Niższe obciążenie → Niższa moc pompy ciepła

Oto dlaczegokompensacja pogodowa/sterowanie resetowaniem zewnętrznymjest ważne dla wydajności pompy ciepła.

Zamiast utrzymywać niepotrzebnie wysoką temperaturę wody przez cały sezon grzewczy, sterownik może obniżyć docelową temperaturę wody zasilającej w przypadku łagodniejszych warunków zewnętrznych.

Niższa temperatura wody zasilającej generalnie zmniejsza siłę nośną sprężarki i może poprawić sezonową wydajność pompy ciepła.

9. Typowa konfiguracja pompy ciepła z pojedynczą pętlą

Praktyczny system może zawierać:

Pompa ciepła powietrze-woda │ ▼ Pompa obiegowa │ ▼ Kolektor zasilający │ ┌────┼─────┐ ▼ ▼ ▼ Grzejnik FCU Ogrzewanie podłogowe │ │ │ └────┼─────┘ ▼ Kolektor powrotny │ ▼ Pompa ciepła

W zależności od projektu systemu dodatkowymi komponentami mogą być:

• Naczynie ekspansyjne
• Automatyczny odpowietrznik
• Zawór bezpieczeństwa
• Magnetyczny separator zanieczyszczeń
• Sitko Y
• Sprawdź zawór
• Ciśnieniomierz
• Czujniki temperatury
• Przepływomierz lub przełącznik przepływu
• Zawory równoważące
• Zawory strefowe
• Zawór obejściowy różnicy ciśnień

Komponenty te niekoniecznie przekształcają system w system pierwotny-wtórny.

Decydującym pytaniem jest, czy obieg pompy ciepła i obieg dystrybucji końcowej pozostająpodłączane bezpośrednio hydraulicznie.

10. Wybór pompy obiegowej ma kluczowe znaczenie

Pompa obiegowa musi zapewniać wystarczający przepływ, pokonując całkowity spadek ciśnienia w obwodzie hydraulicznym.

Projektant powinien rozważyć:

Wymagane natężenie przepływu + całkowity opór instalacji = punkt pracy pompy obiegowej

Całkowity opór może obejmować:

• Wymiennik ciepła po stronie wody pompy ciepła
• Rurociągi zasilające i powrotne
• Armatura
• Filtry
• Zawory
• Kolektory
• Grzejniki
• Cewki wentylatorowe
• Obiegi ogrzewania podłogowego

Pompa dobrana wyłącznie na przepływ nominalny, bez sprawdzenia dostępnej wysokości podnoszenia, może skutkować niedostateczną cyrkulacją.

Podobnie przewymiarowana pompa może powodować:

• Nadmierna prędkość wody
• Wyższe zużycie energii przez pompę
• Hałas
• Problemy ze sterowaniem zaworami
• Zmniejszona ΔT

Dlatego też dobór pompy obiegowej powinien zawsze opierać się na rzeczywistych obliczeniach hydraulicznych układu.

11. Przepływ stały a przepływ zmienny

Jednym z najważniejszych czynników rozważanych w przypadku systemu pompy ciepła z pojedynczą pętlą jest to, czy system dystrybucyjny działa przy w przybliżeniu stałym czy zmiennym przepływie.

Stały lub stosunkowo stabilny przepływ

Połączenie bezpośrednie jest stosunkowo proste, gdy:

Wymagany przepływ pompy ciepła ≈ Przepływ w systemie dystrybucyjnym

Na przykład prosta instalacja ogrzewania podłogowego, w której większość obwodów jest stale otwarta, może zapewnić stosunkowo stabilne warunki hydrauliczne.

Zmienny przepływ

Sytuacja staje się bardziej skomplikowana, gdy wiele termostatów i zaworów strefowych niezależnie steruje różnymi obszarami.

Na przykład:

┌── Strefa 1 OTWARTA Pompa ciepła ─────┼── Strefa 2 ZAMKNIĘTA ├── Strefa 3 ZAMKNIĘTA └── Strefa 4 ZAMKNIĘTA

Kiedy zamyka się kilka stref, całkowity przepływ w systemie może znacznie spaść.

Może to spowodować spadek przepływu wody przez pompę ciepła poniżej wymaganego minimalnego przepływu wody.

Możliwe konsekwencje obejmują:

• Alarmy zabezpieczające przed niskim przepływem
• Wyższe ΔT
• Niestabilna temperatura wody na wylocie
• Zmniejszona wydajność wymiennika ciepła
• Częste przełączanie sprężarki
• Słaba wydajność odszraniania

Jest to jedno z głównych ograniczeń systemów połączonych bezpośrednio.

12. Zalety jednopętlowego wodnego systemu pompy ciepła

Prosta konstrukcja hydrauliczna

System z pojedynczą pętlą zazwyczaj wymaga mniej elementów hydraulicznych.

Może to zmniejszyć:

• Złożoność instalacji
• Liczba pomp
• Rurociągi
• Wymagania kontrolne

Niższy koszt początkowy

Ponieważ separacja hydrauliczna i dodatkowe pompy dystrybucyjne mogą nie być wymagane, koszty sprzętu i instalacji mogą być niższe.

Niższa energia pompowania

Gdy jedna odpowiednio dobrana pompa obiegowa o wysokiej wydajności może obsługiwać cały system, można zmniejszyć zużycie energii elektrycznej na potrzeby pomocnicze.

Zmniejszone mieszanie hydrauliczne

Separatory hydrauliczne i zbiorniki buforowe mogą w pewnych warunkach pracy wprowadzać mieszanie.

Prawidłowo zaprojektowany system bezpośredni może przesyłać wodę wypływającą z pompy ciepła bezpośrednio do zacisków grzewczych bez efektu mieszania.

Może to być korzystne w przypadku zastosowań niskotemperaturowych pomp ciepła.

Dobra kompatybilność z inwerterowymi pompami ciepła

Gdy przepływ wody pozostaje w wymaganym zakresie roboczym, inwerterowa pompa ciepła może modulować wydajność, aby efektywnie dostosować się do obciążenia budynku.

13. Ograniczenia systemu jednopętlowego

System podłączony bezpośrednio nie jest odpowiedni dla każdego projektu.

Do jego głównych ograniczeń należą:

Pompa ciepła i przepływ obciążenia muszą być kompatybilne

Ponieważ obie strony korzystają z tego samego obwodu hydraulicznego, znaczne różnice pomiędzy wymaganym przepływem pompy ciepła a przepływem na terminalu mogą powodować problemy ze sterowaniem.

Wiele stref może powodować niestabilność przepływu

Zamknięcie zaworów termostatycznych lub z napędem silnikowym zmienia całkowity przepływ i ciśnienie w systemie.

Różne temperatury terminali są trudniejsze

Rozważmy budynek zawierający:

• Ogrzewanie podłogowe: 30–40°C
• Klimakonwektory: 40–45°C
• Grzejniki: 45–55°C

Zaciski te mogą wymagać różnych temperatur zasilania i różnych charakterystyk przepływu.

Dlatego prosta pętla podłączona bezpośrednio może być niewystarczająca.

Dobór pompy staje się coraz bardziej krytyczny

Może zaistnieć potrzeba pokonania straty ciśnienia zarówno w pompie ciepła, jak i w sieci dystrybucyjnej, przez pojedynczą pompę.

Zawsze należy chronić minimalny przepływ pompy ciepła

Nowoczesne pompy ciepła zwykle określają minimalny roboczy przepływ wody.

Jeśli przepływ w systemie spadnie poniżej tej wartości, nie można zagwarantować niezawodnego działania.

14. Kiedy zalecany jest system pompy ciepła z pojedynczą pętlą?

Konfiguracja z pojedynczą pętlą jest szczególnie atrakcyjna, gdy:

• System jest stosunkowo niewielki
• Sieć hydrauliczna jest prosta
• Wymagania dotyczące przepływu pompy ciepła i terminala są podobne
• Większość terminali pracuje przy podobnych temperaturach wody
• Niezależnych stref jest kilka
• Przepływ pozostaje stosunkowo stabilny
• Pompa obiegowa pompy ciepła ma wystarczającą wysokość podnoszenia
• Zawsze można utrzymać minimalny przepływ pompy ciepła
• Objętość wody w systemie spełnia wymagania producenta

Typowe zastosowania mogą obejmować:

Pompa ciepła + ogrzewanie podłogowe

Lub

Pompa ciepła + jeden główny obwód klimakonwektora

Lub

Pompa ciepła + system grzejników niskotemperaturowych

15. Kiedy należy rozważyć system pierwotny-wtórny?

Układ hydrauliczny pierwotnego i wtórnego staje się bardziej atrakcyjny, gdy:

• Budynek posiada wiele niezależnych stref
• Przepływ końcowy znacznie się różni
• Różne obwody końcowe wymagają różnych prędkości przepływu
• Wymagane są różne temperatury wody
• Sieć dystrybucyjna charakteryzuje się dużym oporem hydraulicznym
• Pompa obiegowa pompy ciepła nie może obsłużyć całej sieci
• Wymaganych jest wiele pomp obiegowych
• Wiele pomp ciepła pracuje kaskadowo
• Należy zapewnić stabilny minimalny przepływ przez pompę ciepła

W takich przypadkach separator hydrauliczny lub odpowiednio zaprojektowany układ buforowy może hydraulicznie oddzielić stronę pompy ciepła od strony dystrybucji w budynku.

Konceptualnie:

STRONA ŹRÓDŁA CIEPŁA STRONA OBCIĄŻENIA Grzejniki pompy ciepła │ ▲ Pompa główna │ │ Pompa wtórna ▼ │ ┌───────────────┐ ┌─────┴─────┐ │ Hydrauliczny │◄─────────────── ►│ Kolektor │ │ Separator │ └─────┬─────┘ └───────────────┘ │ ▲ ▼ │ Klimakonwektory │ └──────── Obwód pierwotny

Obie strony mogą wtedy działać przy różnych natężeniach przepływu bez silnej interakcji hydraulicznej.

16. Pojedyncza pętla czy pierwotna-wtórna: która jest bardziej wydajna?

Nie ma uniwersalnej odpowiedzi.

Powszechnym błędnym przekonaniem jest:

„System z pojedynczą pętlą jest zawsze bardziej wydajny, ponieważ wykorzystuje mniej pomp”.

Kolejnym błędnym przekonaniem jest:

„System szkół podstawowych i średnich jest zawsze lepszy, ponieważ jest bardziej profesjonalny”.

Żadne stwierdzenie nie jest poprawne technicznie.

Wydajność systemu zależy od kompletnego projektu hydraulicznego.

Dobrze zaprojektowany system bezpośredni może być niezwykle prosty i wydajny.

Jednakże wtłaczanie skomplikowanej instalacji wielostrefowej w pojedynczą pętlę hydrauliczną może spowodować niestabilny przepływ, nadmierną cykliczność i słabą kontrolę temperatury.

I odwrotnie, dodanie niepotrzebnych zbiorników buforowych, pomp i urządzeń mieszających do prostego systemu mieszkaniowego może zwiększyć koszty instalacji i pasożytnicze zużycie energii elektrycznej.

Prawidłowa zasada brzmi:

Użyj najprostszej architektury hydraulicznej, która może utrzymać wymagany przepływ, temperaturę, ciśnienie i stabilność sterowania we wszystkich oczekiwanych warunkach pracy.

System pompy ciepła z pojedynczą pętlą to konfiguracja hydrauliczna, w której pompa ciepła i zaciski ogrzewania/chłodzenia korzystają z tego samego obiegu wody bez separacji hydraulicznej pomiędzy źródłem ciepła a stroną obciążenia.

Nie zawsze.

Zbiornik buforowy należy rozważyć biorąc pod uwagę minimalną objętość wody w systemie, minimalny czas pracy sprężarki, wymagania dotyczące odszraniania, strategię podziału na strefy i zalecenia producenta, a nie instalować go automatycznie w każdym projekcie.

Tak, pod warunkiem, że pompa może zapewnić wymagany przepływ projektowy przy obliczonej całkowitej wysokości podnoszenia systemu, utrzymując jednocześnie wymagany zakres przepływu roboczego pompy ciepła.

Jest to możliwe, ale wymagane jest staranne zaprojektowanie, ponieważ grzejniki i ogrzewanie podłogowe często działają przy różnych temperaturach wody i natężeniach przepływu. A mixing circuit or hydraulically separated distribution system may be more appropriate.

Wniosek

A

.

Obciążenie ogrzewania/chłodzenia → Wydajność pompy ciepła → Projektowa ΔT → Wymagany przepływ wody → Spadek ciśnienia w systemie → Wybór pompy → Minimalny przepływ → Objętość wody → Strategia sterowania