Jedno źródło ciepła, dwa odbiorniki: Dlaczego ogrzewanie podłogowe nie grzeje?

↓

Pompa ciepła typu powietrze-woda działa prawidłowo. Temperatura wody wychodzącej jest właściwa. Pompa obiegowa pracuje, a w pętlach ogrzewania podłogowego nie ma widocznego zapowietrzenia.

Jednak niektóre pomieszczenia nadal nie są wystarczająco ciepłe.

Co powinniśmy sprawdzić dalej?

W wielu projektach problemem nie jest sama pompa ciepła. Jest to projekt i układ hydrauliczny rur ogrzewania podłogowego↓

Nieprawidłowa średnica rur, nadmiernie długie pętle, zbyt wiele obiegów podłączonych do jednego rozdzielacza, zła lokalizacja rozdzielacza, nieodpowiedni rozstaw rur lub niepotrzebne układy mieszania mogą zwiększać opór hydrauliczny i zmniejszać dystrybucję ciepła.

Rezultatem jest powszechna skarga z terenu:

“Pompa ciepła działa, ale ogrzewanie podłogowe nadal nie jest wystarczająco ciepłe.”

W części 3 naszej serii rozwiązywania problemów Jedno źródło ciepła, dwa odbiorniki wyjaśniamy, jak projekt rur wpływa na przepływ wody, spadek ciśnienia i moc cieplną—oraz co inżynierowie powinni sprawdzić, zanim obwiną pompę ciepła.

1. Dlaczego projekt rur ogrzewania podłogowego jest tak ważny?

Ogrzewanie podłogowe to hydrauliczny system odbiorczy.

Pompa ciepła nie ogrzewa pomieszczenia bezpośrednio. Zamiast tego ciepło musi przejść przez kilka etapów:

Pompa ciepła → Gorąca woda → Główny układ rur → Rozdzielacz → Pętle ogrzewania podłogowego → Podłoga → Pomieszczenie

Jeśli projekt hydrauliczny jest zły, pompa ciepła może wytwarzać wystarczającą ilość energii cieplnej, ale system nie może efektywnie dystrybuować tej energii.

Oznacza to:

Dobra pompa ciepła + Zły projekt hydrauliczny = Słaba wydajność grzewcza

Jest to jedna z najważniejszych zasad w inżynierii pomp ciepła typu powietrze-woda.

2. Pierwszy problem: pętle ogrzewania podłogowego są za długie

Jednym z najczęstszych błędów projektowych jest wykonywanie pojedynczych pętli ogrzewania podłogowego zbyt długich.

Wraz ze wzrostem długości rury rośnie również opór hydrauliczny.

Wyższy opór oznacza, że pompa obiegowa potrzebuje większego ciśnienia różnicowego, aby utrzymać wymagany przepływ.

Jeśli pompa nie jest w stanie pokonać tego oporu:

Dłuższa pętla → Wyższy spadek ciśnienia → Niższy przepływ → Niższe przenoszenie ciepła

Ostatecznie pomieszczenie może mieć trudności z osiągnięciem projektowanej temperatury.

Praktyczny przykład

Wyobraź sobie duży salon o powierzchni 30–40 m².

Zamiast dzielić go na dwie odpowiednio zaprojektowane pętle, instalator próbuje pokryć cały pokój jedną, niezwykle długą pętlą.

Rezultatem może być obieg o długości około 150–190 metrów.

Może to wyglądać prościej podczas instalacji, ale hydraulicznie może być problematyczne.

Początek pętli otrzymuje stosunkowo ciepłą wodę, podczas gdy opór przepływu staje się nadmierny, a temperatura stopniowo spada wzdłuż obiegu.

Dalszy koniec podłogi może zatem otrzymywać znacznie mniej użytecznego ciepła.

3. Jak długa powinna być pętla ogrzewania podłogowego?

Nie ma uniwersalnej maksymalnej długości pętli, która miałaby zastosowanie do każdego projektu, ponieważ zależy to od:

• średnicę rury;

• materiału rury;

• stabilnego ciągłego przepływu;

• projektowanego ΔT;

• obciążenia cieplnego;

• wolniejszej reakcji;

• spadku ciśnienia na rozdzielaczu;

• złączek i zaworów;

• metody instalacji.

Jednak w przypadku typowych domowych systemów ogrzewania podłogowego z rurami o średnicy około 16–20 mm, pojedyncze pętle są często projektowane w zakresie 60–100 m, z około 80–100 m często używanymi jako praktyczny cel projektowy↓

Zamiast traktować pojedynczą liczbę jako absolutną zasadę, inżynierowie powinni obliczyć spadek ciśnienia i wymagany przepływ dla każdego obiegu.

Zasada inżynieryjna jest ważniejsza niż liczba:

Nie wykonuj jednej pętli nadmiernie długiej tylko po to, aby zmniejszyć liczbę obiegów.

Duże pomieszczenia powinny być zazwyczaj dzielone na wiele hydraulicznie zarządzalnych pętli.

4. Średnica rury bezpośrednio wpływa na opór hydrauliczny

Średnica rury jest kolejnym kluczowym czynnikiem.

Przy tym samym przepływie wody, mniejsza średnica wewnętrzna powoduje większą prędkość wody i znacznie większą stratę ciśnienia.

Wpływa to na:

• dobór pompy obiegowej;

• nowoczesnych okien dwu- lub trzyszybowych;

• balansowanie rozdzielacza;

• hałas;

• dystrybucję ciepła.

Typowe rozmiary rur do ogrzewania podłogowego różnią się w zależności od rynku i zastosowania, przy czym 16 mm i 20 mm są powszechnie spotykane.

Większe systemy komercyjne lub specjalne mogą używać innych wymiarów.

Ale rozmiar rury nigdy nie powinien być dobierany tylko według przyzwyczajenia.

Musi być skoordynowany z:

Długość pętli + Wymagany przepływ + Spadek ciśnienia + Obciążenie cieplne

5. Dlaczego nie można rozwiązać każdego problemu większą pompą

Gdy system ogrzewania podłogowego ma niewystarczający przepływ, powszechną reakcją jest:

“Zainstalujmy większą pompę obiegową.”

Czasami to pomaga—ale nie poprawia złego projektu hydraulicznego.

Jeśli pętle są nadmiernie długie lub średnice rur są nieodpowiednie, większa pompa może spowodować:

• nadmierne ciśnienie różnicowe;

• większe zużycie energii przez pompę;

• hałas;

• trudne balansowanie;

• nadmierną prędkość w krótszych obiegach;

• problemy z zaworami regulacyjnymi.

Prawidłowa sekwencja inżynieryjna to:

Oblicz zapotrzebowanie na ciepło → określ wymagany przepływ → zaprojektuj rury → oblicz spadek ciśnienia → dobierz pompę

Nie:

Najpierw zainstaluj rury → odkryj słaby przepływ → zainstaluj większą pompę

6. Natężenie przepływu jest określone przez zapotrzebowanie na ciepło i ΔT

Dla wodnych systemów grzewczych zależność między mocą cieplną a przepływem wody można przybliżyć jako:

$$Q=1.163\times V\times \mathrm{\Delta }e$$

Gdzie:

• Q = moc grzewcza w kW

• V = przepływ wody w m³/h

• ΔT = różnica temperatur wody zasilającej i powrotnej w K

Na przykład, może dostarczać:

$$V=\frac{Q}{1.163\times \mathrm{\Delta }e}$$

Na przykład, jeśli strefa ogrzewania podłogowego wymaga 5 kW i jest zaprojektowana na różnicę temperatur 5 K:

$$V=\frac{5}{1.163\times 5}$$ $$V\approx 0.86a^3\mathrm{/}h$$

Gdy znany jest wymagany przepływ, inżynier może ocenić:

• średnicę rury;

• prędkość wody;

• długość obiegu;

• rozmiar rozdzielacza;

• wysokość podnoszenia pompy.

Jest to znacznie bardziej niezawodne niż dobór komponentów na podstawie samej powierzchni podłogi.

7. Lokalizacja rozdzielacza jest ważniejsza niż wielu myśli

Rozdzielacz ogrzewania podłogowego powinien być umieszczony tak, aby poszczególne pętle mogły być utrzymane w rozsądnie zrównoważonych długościach.

Rozważmy duży dom, w którym rozdzielacz jest zainstalowany na jednym końcu budynku.

Pobliskie pomieszczenie może wymagać:

pętli 50 m

podczas gdy odległe pomieszczenie może wymagać:

pętli 110 m

Teraz oba obiegi są podłączone do tego samego rozdzielacza i pompy obiegowej.

Ich opór hydrauliczny jest bardzo różny.

Bez odpowiedniego balansowania, woda naturalnie preferuje obieg o niższym oporze.

Rezultatem może być:

Krótka pętla → zbyt duży przepływ

Długa pętla → zbyt mały przepływ

Pobliskie pomieszczenie → zbyt ciepłe

Odległe pomieszczenie → zbyt zimne

Jest to klasyczny przypadek nierównowagi hydraulicznej.

8. Centralna lokalizacja rozdzielacza zazwyczaj ułatwia balansowanie

Gdzie to możliwe, umieść rozdzielacz w rozsądnej odległości od centrum obsługiwanych stref.

Może to pomóc w zmniejszeniu:

• niepotrzebnej długości rur;

• dużych różnic między długościami pętli;

• nierównowagi spadku ciśnienia;

• nadmiernych martwych rur;

• trudności z uruchomieniem.

W przypadku dużych domów lub budynków wielopiętrowych, użycie kilku rozdzielaczy może być lepsze niż zmuszanie każdej pętli do powrotu do jednej lokalizacji.

wszystkich działających obiegów;

Pompa ciepła / Zbiornik buforowy

↓

Główna dystrybucja

↙︎　　　　　　　　　↘︎

Rozdzielacz AOgrzewanie podłogoweRozdzielacz B

↓

Krótsze, lepiej zbalansowane pętle ogrzewania podłogowego

Jest to często hydraulicznie lepsze niż jeden nadmiernie duży rozdzielacz obsługujący cały budynek.

9. Ile pętli powinien mieć jeden rozdzielacz ogrzewania podłogowego?

Nie ma uniwersalnej liczby, ponieważ pojemność rozdzielacza zależy od:

• wymaganego przepływu;

• średnicy rozdzielacza;

• rozmiaru odgałęzienia;

• pojemności pompy;

• skali projektu;

• Dlatego dobry projekt może wymagać:

Jednakże, niezwykle duże rozdzielacze z wieloma obiegami powinny być dokładnie sprawdzane.

W przypadku wielu projektów domowych, rozdzielacz obsługujący około 5–8 pętli może być wygodny do instalacji, balansowania i konserwacji, chociaż większe rozdzielacze są dostępne komercyjnie i mogą być całkowicie odpowiednie, gdy są prawidłowo zaprojektowane.

Ważne jest, aby nie narzucać arbitralnego limitu pętli.

Prawidłowe pytanie brzmi:

Czy rozdzielacz może dostarczyć wymagany przepływ do każdej pętli, utrzymując akceptowalny spadek ciśnienia i sterowalność?

To jest kryterium inżynieryjne.

10. Rozstaw rur musi być zgodny ze stratą ciepła pomieszczenia

Kolejnym błędem jest instalowanie tego samego rozstawu rur ogrzewania podłogowego w całym budynku.

Różne pomieszczenia niekoniecznie mają takie same straty ciepła.

Pomieszczenie z:

• dużymi przeszkleniami;

• ścianami zewnętrznymi;

• słabą izolacją;

• ekspozycją północną;

• wysoką infiltracją;

może wymagać większej mocy cieplnej podłogi niż pomieszczenie wewnętrzne z małymi oknami.

Dlatego rozstaw rur może wymagać zmiany w zależności od obciążenia cieplnego strefy.

Na przykład, strefy przyścienne w pobliżu dużych okien mogą wymagać bliższego rozstawu rur niż obszary wewnętrzne.

Prawidłowa sekwencja to:

Oblicz straty ciepła pomieszczenia → Określ wymaganą moc cieplną podłogi → Wybierz temperaturę wody → Określ rozstaw rur

nie po prostu:

Użyj tego samego rozstawu wszędzie.

11. Izolacja budynku jest częścią systemu grzewczego

Ten punkt jest często pomijany.

Kiedy istniejący budynek jest konwertowany z kotła na pompę ciepła, inżynierowie czasami skupiają się wyłącznie na sprzęcie.

Ale jeśli budynek ma:

• nieizolowane ściany;

• słabą izolację dachu;

• jednoszybowe okna;

• znaczący wyciek powietrza;

• mostki termiczne;

obciążenie cieplne może być znacznie wyższe niż oczekiwano.

W takim przypadku problemem może nie być to, że podłoga “nie grzeje”.

Podłoga może faktycznie dostarczać ciepło w sposób ciągły, podczas gdy budynek traci ciepło prawie tak szybko.

Podstawowa równowaga termiczna to:

$$erraeaatam>Somaeetat$$

n

$$na>SroStoStylko\; wtedy,\; gdy:MoeCieplna>Strtt$$

C

i

e

p

• ł

a

• B

u

d

y

n

k

u

Moc cieplna > Straty ciepła budynku

Jeśli ogrzewanie podłogowe dostarcza 5 kW, podczas gdy pomieszczenie traci 7 kW w warunkach projektowych, pomieszczenie nie może osiągnąć docelowej temperatury, niezależnie od tego, jak długo działa system.

12. Wydajność okien może mieć duże znaczenie

Okna są szczególnie ważne w obliczeniach obciążenia cieplnego.

• Dwa identyczne pomieszczenia mogą mieć bardzo różne wymagania grzewcze, jeśli jedno używa:

• nowoczesnych okien dwu- lub trzyszybowych;

• podczas gdy drugie używa:

• starych okien jednoszybowych.

• Rozmiar okna również ma znaczenie.

Pomieszczenie z dużą fasadą szklaną może wymagać znacznie więcej ciepła niż pomieszczenie o tej samej powierzchni podłogi z tylko jednym małym oknem.Dlatego projekt ogrzewania podłogowego nie powinien opierać się wyłącznie na:“X watów na metr kwadratowy dla całego domu.”

Obliczenia strat ciepła dla poszczególnych pomieszczeń są znacznie bardziej niezawodne.

13. Pomieszczenia od strony północnej i przyścienne mogą wymagać innego projektu

Orientacja budynku może również wpływać na zapotrzebowanie na ciepło.

W zależności od klimatu i ekspozycji na słońce, pomieszczenia zwrócone w różne strony mogą mieć różne charakterystyki strat ciepła i zysków słonecznych.

Pomieszczenia przyścienne, narożne i przestrzenie z dużą powierzchnią ścian zewnętrznych są zazwyczaj bardziej wymagające niż pomieszczenia wewnętrzne.

Dlatego projektanci mogą potrzebować dostosować:

rozstaw rur;

przepływ w pętli;

strefowanie;

sterowanie;

moc cieplną podłogi.

Dobry projekt ogrzewania podłogowego jest

specyficzny dla pomieszczenia, a nie po prostu dla całego budynku.14. Czy pompy ciepła typu powietrze-woda potrzebują zaworu mieszającego do ogrzewania podłogowego?

Jest to kolejne ważne pytanie projektowe.

wszystkich działających obiegów;

70–80°C

podczas gdy ogrzewanie podłogowe zazwyczaj wymaga znacznie niższych temperatur.

Dlatego zawór mieszający jest powszechnie stosowany do obniżania temperatury zasilania.

Ale inwerterowa pompa ciepła typu powietrze-woda może normalnie kontrolować temperaturę wody wychodzącej bezpośrednio.

Na przykład, może dostarczać:

30°C, 35°C, 40°C lub 45°C

w zależności od zapotrzebowania systemu i projektu.

Jeśli pompa ciepła obsługuje tylko niskotemperaturowe ogrzewanie podłogowe o jednej wspólnej temperaturze, dodatkowa stacja mieszająca może być zatem niepotrzebna w wielu systemach.

15. Kiedy zawór mieszający jest nadal potrzebny?

To

nie

• oznacza, że zawory mieszające nigdy nie są używane z pompami ciepła.

• Mogą być nadal wymagane, gdy różne odbiorniki wymagają różnych temperatur wody.

• Na przykład:

• Grzejniki: 45–50°C

• Ogrzewanie podłogowe: 30–35°C

W tym przypadku może być potrzebny obieg mieszający do obniżenia temperatury zasilania ogrzewania podłogowego, podczas gdy pompa ciepła pracuje w temperaturze wymaganej przez odbiornik o wyższej temperaturze.

Podobnie, system z jednym źródłem i dwoma odbiornikami może wymagać hydraulicznego oddzielenia temperatury w zależności od jego projektu.

Dlatego:

↓

Najpierw określ, czy system faktycznie wymaga różnych poziomów temperatury wody.

↓

Powszechna zasada inżynieryjna to:

↓

Każdy dodatkowy komponent tworzy:

dodatkowy spadek ciśnienia;

dodatkową logikę sterowania;

kolejny potencjalny punkt awarii;

dodatkowy koszt instalacji;

dodatkową pracę przy uruchomieniu.

• Na przykład, nieprawidłowo dobrany lub nieprawidłowo ustawiony zawór mieszający może spowodować, że temperatura zasilania ogrzewania podłogowego pozostanie zbyt niska, nawet gdy pompa ciepła wytwarza wystarczającą ilość ciepła.

• Rezultatem może być:

• Pompa ciepła = 40°C

↓

Nieprawidłowe mieszanie

• ↓

• Zasilanie ogrzewania podłogowego = 28°C

• ↓

• Niewystarczająca moc cieplna podłogi

Instalator może następnie błędnie obwinić pompę ciepła.

17. System z jednym źródłem i dwoma odbiornikami wymaga koordynacji hydraulicznej

↓

Klimakonwektory

↓

stosunkowo wyższej temperatury wody grzewczej;

szybszej reakcji;

różnych charakterystyk przepływu.Ogrzewanie podłogoweZazwyczaj wymaga:

niższej temperatury wody;

• stabilnego ciągłego przepływu;

• wolniejszej reakcji;

• starannego balansowania hydraulicznego.

• Dlatego dobry projekt może wymagać:

Pompa ciepła

↓

Zbiornik buforowy / Separacja hydrauliczna

• ↓Dystrybucja wtórna↙︎　　　　　　　　　↘︎

• Obieg klimakonwektorów　　Obieg ogrzewania podłogowego

Każdy obieg może być następnie zaprojektowany zgodnie z jego własnymi:

wymaganym przepływem;

wysokością podnoszenia pompy;

temperaturą;

strategią sterowania.

18. Dlaczego najważniejsza jest najdłuższa lub najtrudniejsza pętla

Przy doborze pompy obiegowej inżynierowie nie powinni po prostu sumować spadków ciśnienia wszystkich pętli ogrzewania podłogowego.

Ponieważ pętle są zazwyczaj połączone równolegle, pompa musi zapewnić:

łączny projektowany przepływ

wszystkich działających obiegów;

Przepływomierze na rozdzielaczu i zawory balansujące pozwalają inżynierowi ustawić każdy obieg zgodnie z jego wymaganą wartością projektową.

Na przykład:

Pętla

Projektowany przepływ

Salon 1

1.8 L/min

Salon 2

1.7 L/min

Sypialnia 1

1.2 L/min

Sypialnia 2

1.1 L/min

Łazienka

0.8 L/min

Te liczby są tylko ilustracyjne—prawidłowe wartości muszą pochodzić z rzeczywistego obciążenia cieplnego pomieszczenia i projektu pętli.

Ważne jest:

Równy przepływ nie zawsze jest prawidłowym przepływem.

Każda pętla powinna otrzymywać przepływ, którego faktycznie potrzebuje.

20. Jak zdiagnozować zły projekt rur ogrzewania podłogowego

Jeśli pompa ciepła działa prawidłowo, ale niektóre pomieszczenia pozostają zimne, należy zastosować systematyczny proces.

Krok 1 — Oblicz straty ciepła dla poszczególnych pomieszczeń

Określ, czy system ogrzewania podłogowego jest fizycznie zdolny do pokrycia obciążenia grzewczego.

Krok 2 — Sprawdź długości pętli

Zidentyfikuj nadmiernie długie obiegi.

Krok 3 — Sprawdź średnicę rury

Potwierdź, że wymiary rur odpowiadają wymaganemu przepływowi i spadkowi ciśnienia.

Krok 4 — Sprawdź lokalizację rozdzielacza

Zbyt szeroki rozstaw rur

Obliczenie strat ciepła strefy

Gorąca woda z pompy ciepła, chłodna woda zasilająca ogrzewanie podłogowe

Problem z mieszaniem

Zawór mieszający/sterowanie

Pompa pracuje na maksimum w sposób ciągły

Nadmierny opór

Rozmiar rur i krzywa systemu

Stary budynek nie osiąga nastawy

Wysokie straty ciepła budynku

Izolacja i okna

Klimakonwektory działają, ale ogrzewanie podłogowe działa słabo

Problem hydrauliczny ogrzewania podłogowego

Projekt obiegu wtórnego

22. Często zadawane pytania

Dlaczego moje ogrzewanie podłogowe nie grzeje, mimo że pompa ciepła działa?

Jeśli pompa ciepła wytwarza prawidłową temperaturę wody, problem może być związany z niewystarczającym przepływem ogrzewania podłogowego, nadmierną długością pętli, złym balansowaniem, zapowietrzeniem, nieprawidłowym rozstawem rur, układem rozdzielacza lub wysokimi stratami ciepła budynku.

Czy rury ogrzewania podłogowego mogą być za długie?

Tak. Nadmierna długość pętli zwiększa spadek ciśnienia i może zmniejszyć przepływ wody. Dopuszczalna maksymalna długość zależy od rozmiaru rury, wymaganego przepływu, projektowanego ΔT i wysokości podnoszenia pompy.

↓

Nie uniwersalnie. Około 80–100 m to typowy praktyczny zakres projektowy dla wielu systemów domowych, ale rzeczywisty limit powinien być określony za pomocą obliczeń hydraulicznych.

↓

Nie. Dokładna równość nie jest konieczna, ale bardzo duże różnice utrudniają balansowanie. Każda pętla powinna być zaprojektowana dla obciążenia cieplnego pomieszczenia, a następnie hydraulicznie zbalansowana.

↓

Nie zawsze. Jeśli pompa ciepła bezpośrednio zasila ogrzewanie podłogowe w wymaganej niskiej temperaturze wody, dodatkowy zawór mieszający może nie być konieczny. Systemy z mieszaną temperaturą mogą nadal go wymagać.

↓

Niekoniecznie. Większa pompa może zwiększyć przepływ, ale nie może naprawić nadmiernej długości pętli, nieprawidłowej średnicy rur, złego układu rozdzielacza lub niewystarczającej mocy cieplnej podłogi.

↓

Zwykle wskazuje to na nierównowagę hydrauliczną, różne długości pętli, niewystarczający przepływ, nieprawidłowy rozstaw rur lub różne straty ciepła w pomieszczeniach.

↓

Gdy ogrzewanie podłogowe nie grzeje, nie patrz tylko na pompę ciepła.

↓

Obciążenie cieplne budynku

↓

Wymagana moc cieplna

↓

Wymagany przepływ wody

↓

Średnica rury i długość pętli

↓

Układ rozdzielacza

↓

Wysokość podnoszenia pompy

↓Balansowanie hydrauliczne↓Przenoszenie ciepła z podłogi↓

Komfort wewnętrzny

Jeśli którykolwiek z tych etapów jest nieprawidłowo zaprojektowany, nawet wysokowydajna pompa ciepła może wydawać się działać słabo.

Prowadzi to do jednej z najważniejszych lekcji w inżynierii pomp ciepła typu powietrze-woda: