Jedno źródło ciepła, dwa odbiorniki: Dlaczego ogrzewanie podłogowe nie grzeje? Część 2 — Powietrze uwięzione w rurach ogrzewania podłogowego

Jak korki powietrzne zmniejszają przepływ wody i powodują słabe ogrzewanie w systemach pomp ciepła typu powietrze-woda

Pompa ciepła typu powietrze-woda działa prawidłowo.

Temperatura wody wychodzącej jest prawidłowa.

Rura zasilająca do rozdzielacza ogrzewania podłogowego jest gorąca.

Ale rura powrotna pozostaje zimna, przepływomierze pokazują mały lub niestabilny przepływ, a podłoga po prostu się nie nagrzewa.

Co należy sprawdzić najpierw?

Jedna z najczęstszych przyczyn jest zaskakująco prosta:

Powietrze uwięzione w rurach ogrzewania podłogowego.

Powietrze w systemie wodnym może wyglądać na drobny problem, ale może znacząco zmniejszyć cyrkulację. W ciężkich przypadkach korek powietrzny może częściowo lub całkowicie zatrzymać przepływ wody przez pętlę ogrzewania podłogowego.

Jest to szczególnie ważne w systemie jedno źródło ciepła, dwa odbiorniki, gdzie jedna pompa ciepła typu powietrze-woda obsługuje zarówno klimakonwektory, jak i ogrzewanie podłogowe.

Jeśli klimakonwektory działają prawidłowo, ale ogrzewanie podłogowe pozostaje zimne, uwięzione powietrze powinno być jednym z pierwszych elementów na liście kontrolnej rozwiązywania problemów.

1. Prosty objaw: gorąca rura zasilająca, zimna rura powrotna

Jednym z najłatwiejszych sposobów identyfikacji potencjalnego korka powietrznego jest porównanie temperatur zasilania i powrotu.

Wyobraź sobie taką sytuację:

Rura zasilająca ogrzewania podłogowego → Gorąca

Rura powrotna ogrzewania podłogowego → Zimna lub znacznie chłodniejsza niż oczekiwano

Pompa ciepła oczywiście wytwarza gorącą wodę, ale to ciepło nie jest efektywnie transportowane przez pętle podłogowe.

To natychmiast sugeruje, że problem może być związany z niewystarczającą cyrkulacją.

Możliwe przyczyny obejmują:

• uwięzione powietrze;

• zamknięte zawory;

• zatkane filtry siatkowe;

• niewystarczająca wysokość podnoszenia pompy;

• nieprawidłowe ustawienia pompy;

• zatkane pętle ogrzewania podłogowego;

• problemy z rozdzielaczem.

Wśród nich uwięzione powietrze jest szczególnie częste po instalacji, konserwacji, opróżnieniu/ponownym napełnieniu lub długim przestoju.

2. Dlaczego powietrze dostaje się do systemu ogrzewania wodnego?

Wiele osób zakłada, że zamknięty system wodny powinien zawierać tylko wodę.

W praktyce pewna ilość powietrza lub rozpuszczonego gazu jest prawie nieunikniona.

Powietrze może dostać się do systemu lub pozostać w nim podczas:

• pierwszego napełniania;

• konserwacji;

• opróżniania i ponownego napełniania systemu;

• instalacji rur;

• testów ciśnieniowych;

• wycieków lub utraty ciśnienia;

• nieprawidłowego uruchomienia.

Sama woda również może zawierać rozpuszczone gazy.

Gdy temperatura wody się zmienia, niektóre rozpuszczone gazy mogą wydzielać się z roztworu i tworzyć małe bąbelki.

Te bąbelki mogą przemieszczać się przez system i gromadzić się w:

• punktach wysokich;

• rozdzielacze;

• kolankach rur;

• obszarach o niskiej prędkości przepływu;

• wymiennikach ciepła;

• źle zaprojektowanych sekcjach rur.

Z czasem małe bąbelki mogą łączyć się w większe kieszenie powietrza.

Tak powstaje korek powietrzny.

3. Co to jest korek powietrzny?

Korek powietrzny to kieszeń powietrza uwięziona w obiegu wodnym, która znacząco ogranicza lub uniemożliwia cyrkulację wody.

Woda jest praktycznie nieściśliwa w normalnej pracy wodnej, podczas gdy powietrze jest ściśliwe.

Gdy pompa obiegowa próbuje przepchnąć wodę przez rurę zawierającą znaczną kieszeń powietrzną, część energii pompy może zostać zmarnowana na ściskanie lub przesuwanie uwięzionego powietrza zamiast na ustanowienie stabilnej cyrkulacji wody.

Rezultatem może być:

Zmniejszony przepływ → zmniejszone przenoszenie ciepła → zimna woda powrotna → zimna podłoga

W ciężkim przypadku:

Kieszeń powietrzna → prawie brak cyrkulacji → pętla ogrzewania podłogowego przestaje grzać

Dlatego uwięzionego powietrza nie należy traktować jedynie jako problemu hałasu.

Jest to problem z wydajnością hydrauliczną.

4. Dlaczego ogrzewanie podłogowe jest szczególnie wrażliwe na uwięzione powietrze?

Systemy ogrzewania podłogowego mogą zawierać wiele długich pętli rur.

Typowy rozdzielacz może obsługiwać wiele obiegów rozmieszczonych w różnych pomieszczeniach.

System zawiera zatem:

• długie odcinki rur;

• wiele zakrętów;

• rozdzielacze;

• zawory;

• siłowniki;

• przepływomierze;

• różne wysokości.

Stwarza to wiele okazji do uwięzienia powietrza.

Jeśli jedna pętla zawiera powietrze, a inne nie, rezultatem może być:

Salon ciepły

Sypialnia ciepła

Łazienka ciepła

Jedna sypialnia całkowicie zimna

Pompa ciepła może działać doskonale.

Problem polega po prostu na tym, że jedna pętla ogrzewania podłogowego ma niewystarczającą cyrkulację.

5. Typowe objawy powietrza w rurach ogrzewania podłogowego

Inżynierowie i instalatorzy powinni zwracać uwagę na kilka powszechnych objawów.

Gorące zasilanie, ale zimny powrót

Rozdzielacz zasilający otrzymuje gorącą wodę, ale strona powrotna pozostaje nienormalnie zimna.

Bardzo niski lub zerowy odczyt przepływomierza

Jeden lub więcej przepływomierzy rozdzielacza pokazuje małą lub zerową cyrkulację.

Niektóre pomieszczenia grzeją, podczas gdy inne pozostają zimne

To silnie sugeruje problem specyficzny dla gałęzi, a nie niewystarczającą całkowitą moc pompy ciepła.

Bulgotanie lub bulgotanie

Można usłyszeć dźwięki takie jak:

bulgotanie, bulgotanie lub przerywany dźwięk wody

wewnątrz rur lub rozdzielaczy.

Niestabilny przepływ

Odczyty przepływomierza wahają się, zamiast pozostawać stabilne.

Duża różnica temperatur zasilania i powrotu

Bardzo duże ΔT może wskazywać na niewystarczający przepływ wody.

Objawy te nie dowodzą, że powietrze jest jedyną możliwą przyczyną, ale stanowią silne wskazówki diagnostyczne.

6. Dlaczego niski przepływ powoduje zimną podłogę

Związek między przenoszeniem ciepła, przepływem i różnicą temperatur wody można wyrazić jako:

$$Q=dot{m}c_pDelta T$$

Dla praktycznych obliczeń po stronie wody:

$$Q(kW)approx1.163times Flow(m³/h)timesDelta T(K)$$

Gdzie:

• Q = przeniesione ciepło;

• Flow = natężenie przepływu wody;

• ΔT = różnica temperatur wody zasilającej i powrotnej.

Jeśli powietrze znacząco zmniejsza natężenie przepływu, ilość ciepła, które można przetransportować do podłogi, również spada.

Dlatego system może mieć akceptowalną temperaturę wody wychodzącej, ale nadal zapewniać słabe ogrzewanie pomieszczenia.

Sama temperatura wody nie determinuje wydajności ogrzewania. Potrzebny jest również wystarczający przepływ wody.

Jest to jedna z najważniejszych koncepcji w rozwiązywaniu problemów z pompami ciepła wodnych.

7. Nie zwiększaj natychmiast temperatury wody w pompie ciepła

Gdy podłoga nie nagrzewa się, powszechną reakcją jest:

“Zwiększ temperaturę wody wychodzącej.”

Na przykład:

35°C → 40°C → 45°C → 50°C

Ale jeśli rzeczywistym problemem jest korek powietrzny, zwiększenie temperatury wody nie przywróci cyrkulacji.

Możesz po prostu uzyskać:

Gorętsza woda zasilająca + słaby przepływ + zimna podłoga + niższa wydajność pompy ciepła

Prawidłowa sekwencja to:

Najpierw sprawdź przepływ → rozwiąż problem hydrauliczny → następnie zoptymalizuj temperaturę wody.

Dla pompy ciepła jest to szczególnie ważne, ponieważ niepotrzebnie wysokie temperatury wody wychodzącej zazwyczaj zwiększają obciążenie sprężarki i zmniejszają wydajność.

8. Nie instaluj automatycznie większej pompy obiegowej

Inna powszechna reakcja to:

“Przepływ jest niski, więc potrzebujemy większej pompy.”

Ponownie, niekoniecznie.

Jeśli powietrze jest uwięzione w rurze, znacznie większa pompa może nadal nie być w stanie zapewnić prawidłowej cyrkulacji.

Nadmierne rozmiary pompy obiegowej mogą również stwarzać inne problemy:

• nadmierna prędkość wody;

• zwiększone zużycie energii elektrycznej;

• hałas rur;

• hałas zaworów;

• nadmierne ciśnienie różnicowe;

• słabe bilansowanie systemu.

Pompa obiegowa powinna być dobrana zgodnie z:

Wymagany przepływ + spadek ciśnienia w systemie + opór hydrauliczny

a nie jako substytut prawidłowego usuwania powietrza.

Większa pompa nie może naprawić fundamentalnie złej procedury uruchomienia.

9. Odpowietrzanie każdej pętli ogrzewania podłogowego indywidualnie jest często najlepszym rozwiązaniem

Gdy podejrzewa się uwięzione powietrze, otwarcie jednego automatycznego odpowietrznika może nie wystarczyć.

W przypadku systemów ogrzewania podłogowego z wieloma pętlami, jedną z najskuteczniejszych metod uruchomienia jest odpowietrzanie pętli indywidualnie.

Typowa procedura to:

Krok 1: Wyłączyć źródło ciepła, jeśli jest to wymagane przez procedurę uruchomienia producenta.

Krok 2: Zamknąć wszystkie pętle ogrzewania podłogowego oprócz jednej.

Krok 3: Przepłukać wodę przez otwartą pętlę.

Krok 4: Kontynuować, aż nie zostaną wypuszczone żadne widoczne bąbelki powietrza, a przepływ stanie się stabilny.

Krok 5: Zamknąć ten obieg i otworzyć następny.

Krok 6: Powtórzyć dla każdej pętli ogrzewania podłogowego.

Krok 7: Przywrócić wszystkie obiegi do ich pozycji projektowych.

Krok 8: Zbilansować rozdzielacz zgodnie z wymaganymi natężeniami przepływu.

Jest to zazwyczaj skuteczniejsze niż próba jednoczesnego usuwania powietrza z każdej pętli.

10. Automatyczne odpowietrzniki powinny być instalowane w ważnych punktach wysokich

Powietrze naturalnie dąży do punktów wysokich w systemie wodnym.

Dlatego projekt systemu powinien przewidywać odpowiednie punkty usuwania powietrza.

Szczególną uwagę należy zwrócić na:

• punkty wysokie w głównych rurociągach;

• pomieszczenia z pompami ciepła;

• zbiorniki buforowe;

• separatory hydrauliczne;

• rozdzielacze;

• pionowe podnośniki.

Automatyczny odpowietrznik może stale usuwać małe ilości zgromadzonego powietrza podczas normalnej pracy.

Jednakże:

Automatyczny odpowietrznik nie zastępuje prawidłowego wstępnego płukania i uruchomienia.

Silnie zapowietrzona pętla podłogowa może nadal wymagać ręcznego odpowietrzenia.

11. Nie zapomnij o rozdzielaczu ogrzewania podłogowego

Rozdzielacz jest jednym z najważniejszych miejsc zarówno do uruchomienia, jak i rozwiązywania problemów.

Dobrze zaprojektowany rozdzielacz zazwyczaj zapewnia:

• dystrybucję zasilania;

• zbieranie powrotu;

• izolację poszczególnych pętli;

• regulację przepływu;

• przepływomierze;

• siłowniki;

• punkty napełniania/opróżniania;

• odpowietrzanie.

Podczas rozwiązywania problemów dokładnie sprawdź rozdzielacz.

Zapytaj:

Czy wszystkie pętle są otwarte?

Czy przepływomierze pokazują cyrkulację?

Czy jakieś siłowniki są zamknięte?

Czy powietrze jest widoczne w przepływomierzach?

Czy istnieje duża różnica temperatur między poszczególnymi pętlami?

Czy odpowietrzniki rozdzielacza działają?

Te proste obserwacje często pozwalają zidentyfikować problem bez dotykania pompy ciepła.

12. Czy zbiornik buforowy może pomóc w usuwaniu powietrza?

Prawidłowo zaprojektowany zbiornik buforowy może przyczynić się do separacji powietrza, ponieważ prędkość wody wewnątrz zbiornika jest znacznie niższa niż w głównych rurociągach.

Gdy woda zwalnia, uwięzione powietrze może łatwiej oddzielić się i unieść w kierunku odpowiedniego punktu usuwania powietrza.

Ale nie należy tego mylić.

Zbiornik buforowy nie jest instalowany tylko w celu usuwania powietrza.

W zależności od projektu hydraulicznego może również zapewnić:

• dodatkowa objętość wody w systemie;

• separacja hydrauliczna;

• bardziej stabilny przepływ pompy ciepła;

• zmniejszone cykle pracy;

• energia cieplna do odszraniania;

• separacja między obiegami pierwotnym i wtórnym.

W niektórych zastosowaniach pomp ciepła może to znacznie ustabilizować działanie systemu.

13. Dlaczego hydraulika pierwotno-wtórna może być pomocna

W niektórych projektach, szczególnie w systemach z wieloma typami odbiorników, konfiguracja pierwotno-wtórna może być przydatna.

Uproszczony układ może wyglądać następująco:

Pompa ciepła → Obieg pierwotny → Zbiornik buforowy / Separator hydrauliczny

następnie:

Pompa wtórna → Ogrzewanie podłogowe

i/lub

Pompa wtórna → Klimakonwektory

Pozwala to na pracę pompy ciepła i obiegów odbiorników w bardziej niezależnych warunkach hydraulicznych.

Na przykład pompa ciepła może wymagać pewnego minimalnego przepływu, podczas gdy obieg ogrzewania podłogowego wymaga innego przepływu w zależności od tego, ile stref jest otwartych.

Separacja hydrauliczna może ułatwić zarządzanie tymi różnymi wymaganiami.

Może również zapewnić dogodne miejsca do:

• separacji powietrza;

• separacji zanieczyszczeń;

• pomiaru temperatury;

• napełniania systemu;

• bilansowania hydraulicznego.

14. Jedno źródło ciepła, dwa odbiorniki ułatwiają diagnostykę

Rozważmy taką sytuację:

Klimakonwektory

Grzeją normalnie.

Ogrzewanie podłogowe

Nie grzeje.

Pompa ciepła

Działa normalnie.

Co nam to mówi?

Silnie sugeruje, że źródło ciepła jest w stanie wytworzyć ciepło.

Dlatego skupienie się na rozwiązywaniu problemów powinno przenieść się na stronę ogrzewania podłogowego:

Pompa ogrzewania podłogowego → zawór mieszający → rozdzielacz → siłowniki → przepływomierze → powietrze → pętle podłogowe

Teraz rozważmy odwrotną sytuację:

Klimakonwektory

Nie grzeje.

Ogrzewanie podłogowe

Nie grzeje.

Wtedy problem może być dalej w górę strumienia:

Pompa ciepła → pompa pierwotna → zbiornik buforowy → główne zawory → system sterowania

Dlatego system jednoźródłowy, dwuodbiornikowy faktycznie dostarcza przydatnych informacji diagnostycznych.

15. Więcej odpowietrzników jest często lepsze niż za mało — ale lokalizacja ma znaczenie

Dodanie odpowiednich punktów usuwania powietrza podczas instalacji jest zazwyczaj znacznie łatwiejsze niż próba rozwiązania chronicznych problemów z powietrzem po zakończeniu budowy.

Jednakże, losowe instalowanie wielu odpowietrzników nie jest dobrym rozwiązaniem inżynieryjnym.

Powinny być one umieszczone tam, gdzie powietrze naturalnie się gromadzi.

Typowe lokalizacje obejmują:

Punkty wysokie + podnośniki + rozdzielacze + separatory hydrauliczne/zbiorniki buforowe + separatory powietrza w pomieszczeniach technicznych

Dobry projekt systemu powinien sprawić, że usuwanie powietrza będzie przewidywalne i łatwe w obsłudze.

Pięknie zainstalowana pompa ciepła, której nie można prawidłowo napełnić, przepłukać i odpowietrzyć, nie jest dobrze zaprojektowanym systemem wodnym.

16. Dlaczego powietrze może uszkodzić pompę obiegową

Powietrze w systemie robi więcej niż tylko zmniejsza wydajność ogrzewania.

Jeśli pompa obiegowa pracuje ze znaczną zawartością powietrza, może doświadczyć:

• niestabilna praca;

• hałas;

• zmniejszona wydajność hydrauliczna;

• utrata smarowania/chłodzenia w niektórych konstrukcjach pomp;

• warunki podobne do kawitacji;

• przedwczesne zużycie.

Jest to kolejny powód, dla którego nie należy ignorować uporczywego bulgotania lub bulgotania.

Jeśli rurociąg brzmi jak woda i powietrze stale się poruszają razem, zbadaj to.

17. Praktyczna sekwencja rozwiązywania problemów

Jeśli podejrzewasz powietrze w rurach ogrzewania podłogowego, użyj systematycznego procesu.

Krok 1 — Sprawdź temperaturę wody wychodzącej z pompy ciepła

Potwierdź, że źródło ciepła faktycznie wytwarza gorącą wodę.

Krok 2 — Porównaj temperatury zasilania i powrotu

Gorące zasilanie i nienormalnie zimny powrót mogą wskazywać na niewystarczający przepływ.

Krok 3 — Sprawdź przepływomierze rozdzielacza

Zidentyfikuj obiegi z zerowym, niskim lub niestabilnym przepływem.

Krok 4 — Sprawdź zawory i siłowniki

Upewnij się, że dotknięte pętle są faktycznie otwarte.

Krok 5 — Sprawdź działanie pompy obiegowej

Potwierdź rzeczywisty przepływ, a nie tylko to, czy silnik pompy pracuje.

Krok 6 — Sprawdź filtry i sitka

Wyklucz zatkanie przez brud.

Krok 7 — Odpowietrzaj pętle ogrzewania podłogowego indywidualnie

Usuń uwięzione powietrze pętla po pętli.

Krok 8 — Sprawdź automatyczne odpowietrzniki

Potwierdź, że odpowietrzniki są prawidłowo zainstalowane i działają.

Krok 9 — Uruchom ponownie i obserwuj

Sprawdź, czy przepływ staje się stabilny.

Krok 10 — Zbilansuj ponownie rozdzielacz

Dostosuj każdą pętlę do wymaganego przepływu projektowego.

Dopiero po tych kontrolach należy zacząć zmieniać rozmiar pompy lub ustawienia temperatury wody w pompie ciepła.

Szybka tabela diagnostyczna

Często zadawane pytania

Jak mogę sprawdzić, czy w moich rurach ogrzewania podłogowego jest powietrze?

Częste oznaki to bulgotanie, niestabilny lub zerowy przepływ w rozdzielaczu, niektóre pętle pozostające zimne oraz gorąca rura zasilająca w połączeniu z nienormalnie zimną rurą powrotną.

Czy powietrze może całkowicie zatrzymać ogrzewanie podłogowe?

Tak. Wystarczająco duża kieszeń powietrzna może stworzyć korek powietrzny, który poważnie ogranicza lub zatrzymuje cyrkulację przez indywidualną pętlę.

Czy większa pompa obiegowa usunie korek powietrzny?

Nie niezawodnie. Prawidłowym rozwiązaniem jest prawidłowe odpowietrzenie i odpowietrzenie obiegu. Dobór pompy powinien opierać się na wymaganym przepływie i spadku ciśnienia w systemie.

Dlaczego pompa ciepła wytwarza gorącą wodę, ale podłoga jest nadal zimna?

Produkcja gorącej wody potwierdza generowanie ciepła, ale nie potwierdza dystrybucji ciepła. Niewystarczający przepływ spowodowany uwięzionym powietrzem, zaworami, problemami z pompą lub blokadą może uniemożliwić dotarcie ciepła do podłogi.

Czy każdy rozdzielacz ogrzewania podłogowego powinien mieć odpowietrznik?

Odpowiednie rozwiązania do usuwania powietrza powinny być uwzględnione w projekcie hydraulicznym, szczególnie w rozdzielaczach i punktach wysokich. Dokładna instalacja powinna być zgodna z projektem systemu i lokalnymi wymaganiami.

Czy zbiornik buforowy usuwa powietrze?

Zbiornik buforowy może wspomagać separację powietrza ze względu na niższą prędkość wody wewnątrz zbiornika, szczególnie w połączeniu z odpowiednimi elementami usuwania powietrza. Jednak jego główna funkcja zależy od projektu systemu hydraulicznego i nie zastępuje prawidłowego odpowietrzania.

Zasada inżynieryjna do zapamiętania

Gdy ogrzewanie podłogowe jest zimne, nie pytaj tylko:

“Czy woda jest wystarczająco gorąca?”

Zapytaj:

“Czy wystarczająca ilość gorącej wody faktycznie przepływa przez podłogę?”

Pompa ciepła może wytwarzać idealnie gorącą wodę, podczas gdy budynek pozostaje zimny, jeśli ta energia cieplna nie może być transportowana przez system wodny.

Dla zapowietrzonej pętli ogrzewania podłogowego logika rozwiązywania problemów powinna być następująca:

Źródło ciepła OK → Temperatura zasilania OK → Sprawdź przepływ → Zidentyfikuj powietrze → Odpowietrz pętle → Sprawdź pompę → Zbilansuj ponownie → Sprawdź ponownie ΔT

A w systemie jedno źródło ciepła, dwa odbiorniki, zawsze porównuj zachowanie klimakonwektorów i obiegów ogrzewania podłogowego. To porównanie może szybko powiedzieć, czy problem leży po stronie źródła ciepła, czy po stronie dystrybucji odbiorników.

Seria rozwiązywania problemów z jednym źródłem ciepła, dwoma odbiornikami

Część 1: Początkowe uruchomienie lub długoterminowy przestój
Część 2: Powietrze uwięzione w rurach ogrzewania podłogowego
Następny: Więcej praktycznych przyczyn słabej wydajności ogrzewania podłogowego

W EcoHeat Pump wierzymy, że dobra wydajność pompy ciepła zależy nie tylko od samej pompy ciepła, ale także od prawidłowego projektu hydraulicznego, instalacji, uruchomienia i dopasowania systemu odbiorników.

Zapraszamy również inżynierów HVAC, instalatorów i specjalistów od pomp ciepła do dzielenia się swoim doświadczeniem terenowym i pomocy w identyfikacji wszystkiego, co można by dodać lub ulepszyć w tej serii.

Więcej wiedzy inżynieryjnej i rozwiązań aplikacyjnych dla pomp ciepła typu powietrze-woda:

www.ecoheat-pump.com