Jedno źródło ciepła, dwa terminale: dlaczego ogrzewanie podłogowe się nie nagrzewa?

Część 5 — Niewystarczający przepływ wody w systemie

W systemie pompy ciepła powietrze-woda obsługującym obaogrzewanie podłogowe i klimakonwektoryjedną z najczęstszych skarg jest:

„Pompa ciepła działa, a woda wypływająca jest gorąca, ale ogrzewanie podłogowe w dalszym ciągu nie jest w stanie prawidłowo ogrzać pomieszczeń”.

Podczas rozwiązywania tego problemu wiele osób od razu podejrzewa niewystarczającą wydajność pompy ciepła.

Jednakże pompa ciepła może wytwarzać wystarczającą ilość ciepła.

Prawdziwy problem może być znacznie prostszy:

Układ hydrauliczny nie zapewnia wystarczającej cyrkulacji wody.

Niewystarczający przepływ wody jest jednym z najczęstszych problemów hydraulicznych w pompach ciepła powietrze-woda i systemach ogrzewania podłogowego. Może to być spowodowane zbyt małym rozmiarem rur, nadmiernym spadkiem ciśnienia, zbyt dużą liczbą złączy, złą instalacją, nieprawidłowym doborem pompy, niewłaściwą lokalizacją pompy lub nieodpowiednią architekturą systemu.

WCzęść 5 naszej serii rozwiązywania problemów „Jedno źródło ciepła, dwa terminale”., wyjaśniamy, jak niewystarczający przepływ w systemie wpływa na wydajność UFH i jak inżynierowie powinni zdiagnozować problem.

1. Dlaczego przepływ wody ma znaczenie w systemie grzewczym z pompą ciepła

Wodny system grzewczy przekazuje ciepło poprzez krążącą wodę.

Podstawowa zależność to:

$$Q = kropka{m} razy c_p razy Delta T$$

Gdzie:

• Q= współczynnik przenikania ciepła

• M= masowe natężenie przepływu wody

• Kp= ciepło właściwe wody

• ΔT= różnica temperatur wody zasilającej/powrotnej

Do praktycznych obliczeń HVAC przy użyciu wody:

$$Q(kW) około 1,163 razy Przepływ (m3/h) razy Delta T(K)$$

Dlatego:

$$Przepływ (m³/h)=frac{Q(kW)}{1,163timesDelta T(K)}$$

To równanie wyjaśnia ważną zasadę:

Sama moc grzewcza nie gwarantuje dostarczenia ciepła. System musi także zapewniać wystarczający przepływ wody, aby transportować ciepło do terminali.

2. Prosty przykład: pompa ciepła o mocy 20 kW przy ΔT = 5°C

Załóżmy, że pompa ciepła powietrze-woda dostarcza:

Moc grzewcza 20 kW

przy projektowej różnicy temperatur zasilania/powrotu wynoszącej:

5°C

Wymagane natężenie przepływu wynosi w przybliżeniu:

$$Przepływ=frac{20}{1,163times5}$$ $$Przepływ około 3,44 m³/h$$

Zatem układ hydrauliczny musi mieć możliwość cyrkulacji w przybliżeniu:

3,4 m3/godz

poniżej rzeczywistej rezystancji systemu.

Jeżeli rurociąg i pompa mogą dostarczać jedynie 2,0 m³/h, problemu nie można po prostu rozwiązać, mówiąc:

„Pompa ciepła ma moc 20 kW, więc powinna wystarczyć.”

Ciepło może być generowane u źródła, ale nie może być skutecznie transportowane do podłogi.

3. Natężenie przepływu i głowica pompy są różne

To ważne rozróżnienie.

Wybierając pompę obiegową, inżynierowie muszą wziąć pod uwagę oba:

Natężenie przepływu

Ile wody musi przepływać przez system.

Zwykle wyrażane jako:

• m³/godz

• L/min

• L/s

Głowica pompy

Jaki opór hydrauliczny musi pokonać pompa przy danym natężeniu przepływu.

Zwykle wyrażane jako:

• metrów słupa wody

• kPa

Pompa może teoretycznie zapewniać wystarczający przepływ przy niskim oporze, ale nie może osiągnąć wymaganego przepływu po podłączeniu do rzeczywistego systemu.

Dlatego dobór pompy wyłącznie na podstawie przepływu nominalnego nie wystarczy.

Musimy znaleźć wymagany punkt pracy na:

Krzywa pompy × krzywa rezystancji systemu

4. Średnica rury to jedna z pierwszych rzeczy, które należy sprawdzić

Bardzo częstym problemem jest to, że główna rura dystrybucyjna jest za mała.

Instalator może podłączyć kilka rozdzielaczy do jednej rury głównej bez obliczania:

• całkowity przebieg projektu;

• prędkość wody;

• utrata ciśnienia;

• jednoczesne zapotrzebowanie operacyjne;

• równoważna długość rury.

Wraz ze wzrostem przepływu przez małą rurę prędkość wody wzrasta.

Jednocześnie spadek ciśnienia gwałtownie rośnie.

Może to spowodować:

Wysoka rezystancja → Zmniejszony przepływ → Niewystarczający transfer ciepła → Zimne strefy UFH

Jest to szczególnie ważne w przypadku dużych domów i budynków wielokondygnacyjnych.

5. Nie wybieraj rozmiaru głównej rury tylko na podstawie doświadczenia

Instalator może powiedzieć:

„Zwykle używamy rur tego rozmiaru do ogrzewania podłogowego”.

Nie jest to wystarczająca podstawa inżynieryjna.

Rozmiar głównych rur powinien opierać się na rzeczywistych wymaganiach hydraulicznych.

Profesjonalna kalkulacja powinna uwzględniać:

Wymagana wydajność grzewcza

↓

Projekt ΔT

↓

Wymagany przepływ wody

↓

Średnica rury

↓

Prędkość wody

↓

Utrata tarcia w rurze

↓

Armatura i zawory

↓

Całkowity spadek ciśnienia

↓

Wybór pompy

Pomijanie tych obliczeń jest jednym z powodów, dla których niektóre systemy sprawdzają się dobrze w małych projektach, ale zawodzą, gdy tę samą metodę instalacji kopiuje się w większych budynkach.

6. Długość rury to tylko część oporu

Częstym błędem jest obliczanie tylko długości prostych rur.

Rzeczywista rezystancja systemu pochodzi również z:

• łokcie;

• koszulki;

• zawory;

• sitka;

• zawory zwrotne;

• kolektory;

• wymienniki ciepła;

• zbiorniki buforowe;

• zawory sterujące;

• reduktory;

• inne okucia.

Składniki te tworząlokalne straty ciśnienia.

Dlatego:

$$Całkowity spadek ciśnienia = tarcie w rurze + straty lokalne$$

Inżynierowie często przekształcają łączniki wrównoważna długość rurydla uproszczonych obliczeń.

Na przykład ostry łokieć 90° stwarza znacznie większy opór niż delikatna zmiana kierunku.

Dlatego też dobry projekt hydrauliczny powinien unikać niepotrzebnych złączek i nagłych zmian kierunku.

7. Dlaczego zbyt wiele kolanek 90° może stać się problemem?

W rzeczywistych instalacjach orurowanie rzadko przebiega po idealnie prostej ścieżce.

Ale każdy niepotrzebny łokieć dodaje oporu.

Jeśli to możliwe, w układzie rurociągów należy zastosować:

• płynniejsze trasowanie;

• łuki o dużym promieniu;

• odpowiednie złączki 45°;

• mniej niepotrzebnych zmian kierunku.

Staje się to coraz ważniejsze, gdy:

• główna rura jest stosunkowo mała;

• rurociąg jest długi;

• wymagany przepływ jest wysoki;

• zasilanie wielu pięter odbywa się z jednego pomieszczenia technologicznego.

Samo jedno kolanko zwykle nie zniszczy prawidłowo zaprojektowanego systemu.

Problem polega na tymskumulowana strata ciśnienia w całym obwodzie hydraulicznym.

8. Instalacja rur PPR może powodować ukryte ograniczenia

Nawet jeśli projektowana średnica rury wygląda prawidłowo na papierze, jakość instalacji może zmienić rzeczywistą wydajność hydrauliczną.

Dotyczy to szczególnieRurociągi PPR.

Podczas montażu metodą zgrzewania, nadmierne wkładanie lub zła jakość wykonania mogą częściowo zmniejszyć wewnętrzny przepływ przepływu w złączu.

Zewnętrznie rura może wyglądać zupełnie normalnie.

Jednakże wewnętrznie efektywna średnica może być znacznie mniejsza.

Tworzy to ukryte ograniczenie.

Objawy mogą obejmować:

• niski przepływ w systemie;

• duże zasilanie/powrót ΔT;

• słaby przepływ w odległych rozmaitościach;

• słaba wydajność UFH;

• pompa pracuje na wysokich obrotach bez poprawy.

Jest to jeden z powodów, dla których pomiary przy uruchomieniu są niezbędne.

Prawidłowy rysunek nie gwarantuje prawidłowego montażu.

9. Duże ΔT zasilania/powrotu może być znakiem ostrzegawczym

Załóżmy, że pompa ciepła normalnie wytwarza ciepłą wodę.

Mierzysz:

Woda zasilająca: 42°C

Woda powrotna: 32°C

Następnie:

$$Delta T=10°C$$

Jeśli system został zaprojektowany na temperaturę około 5°C, ta większa niż oczekiwana ΔT może wskazywać na niewystarczający przepływ wody.

Zależność jest prosta:

Dla danej szybkości wymiany ciepła

Niższy przepływ → Większy ΔT

I:

Wyższy przepływ → Mniejsze ΔT

Nie oznacza to, że każda duża ΔT jest automatycznie problemem pompy.

Oznacza to, że ΔT należy badać łącznie z:

• rzeczywisty przepływ;

• zapotrzebowanie terminalowe;

• moc pompy ciepła;

• pozycje zaworów;

• punkt pracy pompy.

10. Długie odległości dystrybucji zwiększają problem

Inna częsta sytuacja ma miejsce w dużych willach lub budynkach komercyjnych.

Pompę ciepła i zbiornik buforowy można zamontować z dala od przyłączy grzewczych.

Dłuższe rury oznaczają:

• większe straty tarcia;

• więcej okuć;

• większe straty ciepła;

• wyższe wymagania dotyczące wysokości podnoszenia pompy.

Jeśli rury są również zbyt małe, efekt staje się znacznie gorszy.

Należy również wziąć pod uwagę izolację rur.

Długa, nieizolowana lub słabo izolowana rura grzewcza może stracić znaczną ilość ciepła użytkowego, zanim woda dotrze do rozdzielacza ogrzewania podłogowego.

Dlatego w przypadku systemów hydraulicznych na duże odległości inżynierowie powinni ocenić zarówno:

Strata hydrauliczna + strata cieplna

11. Budynki wielokondygnacyjne wymagają szczególnej uwagi

Rozważmy trzypiętrową willę.

Typowym układem jest:

Pompa ciepła → Zbiornik buforowy → Główna rura rozprowadzająca → Rozdzielacze podłogowe

Jeśli oczekuje się, że jedna centralna pompa obiegowa będzie obsługiwać wszystkie piętra jednocześnie, zrównoważenie hydrauliczne może stać się trudne.

Najbliższy obwód może otrzymywać zbyt duży przepływ, podczas gdy odległe obwody otrzymują za mało.

Objawy obejmują:

• pierwsze piętro ciepłe;

• na wyższych piętrach zimno;

• w niektórych kolektorach występuje silny przepływ;

• inni otrzymują słaby przepływ;

• pomieszczenia nierównomiernie się nagrzewają.

Samo zainstalowanie większej pompy nie zawsze jest najlepszym rozwiązaniem.

12. Większa pompa nie oznacza automatycznie lepszego ogrzewania

To kolejne powszechne nieporozumienie.

Gdy podłoga nie nagrzewa się prawidłowo, niektórzy instalatorzy natychmiast wymieniają pompę obiegową na większą.

Czasami to pomaga.

Czasami stwarza to nowe problemy.

Zbyt duża pompa może powodować:

• nadmierna prędkość wody;

• hałas hydrauliczny;

• niepotrzebne zużycie energii elektrycznej;

• hałas zaworu;

• słaby organ kontrolny;

• brak równowagi hydraulicznej.

Właściwym celem nie jest:

„Zainstaluj możliwie największą pompę”.

To jest:

Wybierz pompę, która zapewnia wymagany przepływ projektowy przy obliczonym oporze systemu.

13. Pompa obiegowa a pompa wspomagająca

Nie należy mylić tych dwóch pojęć.

Pompa obiegowa

Jego głównym zadaniem jest cyrkulacja wody wokół zamkniętego obiegu hydraulicznego.

Pompa wspomagająca

Jego głównym celem jest zwiększenie dostępnego ciśnienia, gdy istniejące ciśnienie jest niewystarczające dla wymaganych warunków dystrybucji.

W systemach pomp ciepła wybór i lokalizacja pompy muszą być zgodne z rzeczywistą architekturą hydrauliczną.

Dodanie pompy bez zrozumienia systemu może spowodować interakcję ciśnieniową, zamiast rozwiązać problem.

14. Lokalizacja pompy ma znaczenie

Pozycja montażowa pompy może znacząco wpłynąć na zachowanie systemu.

Na przykład, jeśli zbiornik buforowy zapewnia separację hydrauliczną, stronę pompy ciepła i stronę terminala należy analizować jako oddzielne obwody hydrauliczne.

Typowy układ może wyglądać następująco:

Obwód pierwotny

Pompa ciepła → Zbiornik buforowy → Pompa ciepła

I:

Obwód wtórny

Zbiornik buforowy → Pompa obiegowa → UFH/klimakonwektory → Zbiornik buforowy

Różni się to zasadniczo od zwykłego losowego umieszczania wielu pomp szeregowo.

Każda pompa powinna mieć jasno określoną odpowiedzialność hydrauliczną.

15. Dlaczego zbiornik buforowy może pomóc

Prawidłowo zaprojektowany zbiornik buforowy może spełniać kilka funkcji:

• separacja hydrauliczna;

• dodatkowa objętość wody w systemie;

• stabilniejsza praca pompy ciepła;

• ograniczenie krótkiej jazdy na rowerze;

• łatwiejsza integracja wielu obwodów zaciskowych;

• poprawiona elastyczność podziału na strefy.

wjedno źródło ciepła, dwa terminalesystemie pompa ciepła może zasilać zarówno:

Ogrzewanie podłogowe + klimakonwektory

Te dwa typy terminali mogą się bardzo różnić:

• wymagania dotyczące przepływu;

• wymagania dotyczące temperatury wody;

• logika sterowania;

• harmonogramy operacyjne.

Separacja hydrauliczna może zatem ułatwić sterowanie systemem.

Jednakże:

Zbiornik buforowy nie kompensuje nieprawidłowego wymiaru rur lub źle dobranej pompy obiegowej.

Każdy obwód nadal wymaga odpowiedniego przepływu projektowego.

16. Systemy pierwotne i wtórne mogą być lepsze w przypadku dużych projektów

W przypadku większych willi lub projektów wielostrefowych bardziej praktyczna może być pierwotna i wtórna architektura wodna.

Na przykład:

Strona pierwotna

Pompa ciepła → Zbiornik buforowy

Strona wtórna

Zbiornik buforowy → Pompa strefowa 1 → Parter UFH
Zbiornik buforowy → Pompa strefowa 2 → Pierwsze piętro UFH
Zbiornik buforowy → Pompa strefowa 3 → Drugie piętro UFH
Zbiornik buforowy → Oddzielny obwód → Klimakonwektory

Taka architektura umożliwia działanie różnych stref w zależności od zapotrzebowania.

Jeśli tylko jedno piętro wymaga ogrzewania, nie ma potrzeby wymuszania pełnego projektowego przepływu przez każdy obwód końcowy.

Może to poprawić:

• stabilność hydrauliczna;

• podział na strefy;

• komfort;

• kontrola;

• wydajność pompowania.

17. Dlaczego pompowanie po stronie powrotnej jest często stosowane w obwodach wtórnych UFH

W niektórych instalacjach wtórnego ogrzewania podłogowego pompa obiegowa jest instalowana po stronie powrotu obwodu końcowego.

Dokładna lokalizacja pompy powinna zawsze być zgodna z projektem hydraulicznym, punktem podłączenia naczynia wzbiorczego, zależnościami ciśnieniowymi i wymaganiami producenta.

Ważną zasadą nie jest po prostu porównanie „strony podaży” z „stroną powrotu”.

To jest:

Pompę należy ustawić w taki sposób, aby w docelowym obwodzie panowała stabilna różnica ciśnień i projektowany przepływ, bez zakłócania pracy innych obwodów.

Jest to szczególnie ważne, gdy wiele pomp korzysta ze wspólnego zbiornika buforowego lub wspólnego kolektora.

18. Równowaga hydrauliczna jest niezbędna

Nawet przy prawidłowych średnicach rur i pompach w niezrównoważonym systemie mogą nadal występować problemy z przepływem.

Woda naturalnie podąża ścieżką najmniejszego oporu.

Dlatego krótsze obwody mogą otrzymywać zbyt duży przepływ, podczas gdy dłuższe obwody otrzymują za mało.

Równoważenie hydrauliczne może obejmować:

• przepływomierze rozgałęźne;

• zawory równoważące;

• kontrola różnicy ciśnień;

• pompy o zmiennej prędkości;

• zawory strefowe;

• korekty uruchomieniowe.

Celem nie jest zapewnienie tego samego przepływu w każdym obwodzie.

Celem jest, aby każdy obwód otrzymał swojeprzepływ projektu.

19. Praktyczna sekwencja rozwiązywania problemów

Jeżeli system ogrzewania podłogowego nie osiąga odpowiedniej temperatury, nie należy od razu zwiększać nastawy pompy ciepła.

Systematyczna diagnoza jest znacznie skuteczniejsza.

Krok 1 — Potwierdź wydajność pompy ciepła

Sprawdzać:

• temperatura wody na wylocie;

• temperatura wody powrotnej;

• częstotliwość/wydajność robocza;

• alarmy;

• rzeczywiste zapotrzebowanie na ciepło.

Krok 2 — Zmierz ΔT

Porównaj rzeczywistą wartość ΔT zasilania/powrotu z warunkami projektowymi.

Niezwykle wysoka ΔT może wskazywać na niski przepływ.

Krok 3 — Sprawdź rzeczywisty przepływ

Używać:

• dane dotyczące przepływu pompy ciepła;

• przepływomierz zewnętrzny;

• przepływomierze rozgałęźne;

• uruchomienie instrumentów.

Nie polegaj wyłącznie na dotykaniu rur.

Krok 4 — Sprawdź średnicę rury

Sprawdź, czy główna rura dystrybucyjna może zapewnić wymagany przepływ całkowity.

Krok 5 — Oblicz spadek ciśnienia

Włączać:

• rury proste;

• łokcie;

• zawory;

• sitka;

• kolektory;

• wymienniki ciepła;

• armatura.

Krok 6 — Sprawdź jakość instalacji

Szukać:

• zawory częściowo zamknięte;

• zablokowane sitka;

• Ograniczenia dotyczące fuzji PPR;

• zagięte rury;

• nieprawidłowe połączenia;

• śluzy powietrzne.

Krok 7 — Sprawdź wybór pompy

Porównaj wymagany punkt pracy z rzeczywistą charakterystyką pompy.

Krok 8 — Sprawdź położenie pompy

Upewnij się, że pompa obsługuje zamierzony obwód hydrauliczny.

Krok 9 — Zrównoważ system

Dostosuj każdy obwód do wymaganego przepływu projektowego.

Krok 10 — Sprawdź ponownie działanie pokoju

Dopiero po prawidłowym działaniu układu hydraulicznego należy ocenić wydajność ogrzewania końcowego.

20. Tabela szybkiej diagnostyki

21. Ważna zasada inżynierska: przepływ przed temperaturą

Kiedy w pomieszczeniu jest zimno, pierwszą reakcją jest często zwiększenie temperatury wody na wylocie pompy ciepła.

Jeśli jednak prawdziwym problemem jest niewystarczający przepływ, podejście to nie rozwiązuje pierwotnej przyczyny.

Lepsza sekwencja rozwiązywania problemów to:

Zapotrzebowanie na ciepło

↓

Wymagana moc cieplna

↓

Wymagany przepływ wody

↓

Średnica rury

↓

Spadek ciśnienia w systemie

↓

Punkt pracy pompy

↓

Równoważenie hydrauliczne

↓

Końcowa moc cieplna

Dopiero po sprawdzeniu tych parametrów należy rozważyć podniesienie temperatury wody.

22. Dlaczego prawidłowy przepływ poprawia również wydajność pompy ciepła

Konstrukcja hydrauliczna wpływa nie tylko na komfort.

Ma to również wpływ na wydajność pompy ciepła.

Niewystarczający przepływ może przyczynić się do:

• niestabilna temperatura wody na wylocie;

• nadmierne ΔT;

• zmniejszony transfer ciepła;

• częsta jazda na rowerze;

• ochrona przed wysokim ciśnieniem w pewnych warunkach;

• słaby odzysk odszraniania;

• obniżona efektywność sezonowa.

Dlatego pompy ciepła powietrze-woda nigdy nie należy uważać za maszynę izolowaną.

Jest częścią kompletnego układu hydraulicznego.

Wysokowydajna pompa ciepła podłączona do źle zaprojektowanej instalacji wodnej nie jest w stanie zapewnić wysokowydajnej instalacji grzewczej.

Ostateczna inżynieria na wynos

Dlajedno źródło ciepła, dwa terminaleW systemie łączącym ogrzewanie podłogowe i klimakonwektory, niewystarczający przepływ wody jest jednym z najważniejszych problemów do zdiagnozowania.

Podstawową przyczyną może być:

Niewymiarowa rura

→Nadmierny spadek ciśnienia

→Niewystarczająca głowica pompy

→Słabe wyważenie hydrauliczne

→Niewystarczający przepływ terminala

→Niewystarczający transfer ciepła

→Pomieszczenie nie może osiągnąć ustawionej temperatury

Rozwiązaniem nie jest po prostu większa pompa ciepła lub większa pompa obiegowa.

Prawidłowe podejście polega na potraktowaniu całego układu jako sieci hydraulicznej i obliczeniu:

Wydajność + ΔT + przepływ + rozmiar rury + spadek ciśnienia + wysokość podnoszenia pompy + równoważenie

Gdy wszystkie te parametry współdziałają, ciepło wytwarzane przez pompę ciepła może faktycznie dotrzeć do pomieszczeń, w których jest potrzebne.

Jedno źródło ciepła, dwa terminale — seria rozwiązywania problemów

Ten artykuł jestCzęść 5z naszej serii inżynieryjnej:

Część 1 — Pierwsze uruchomienie lub długotrwałe wyłączenie
Część 2 — Powietrze uwięzione w rurach ogrzewania podłogowego
Część 3 — Zły projekt i układ rurociągów
Część 4 — Niewystarczający efektywny obszar odprowadzania ciepła
Część 5 — Niewystarczający przepływ wody w systemie

W dalszym ciągu będą pojawiać się bardziej praktyczne artykuły poświęcone pompom ciepła powietrze-woda, ogrzewaniu podłogowemu, klimakonwektorom i projektowaniu systemów hydraulicznych z prawdziwego punktu widzenia inżynierskiego.

www.ecoheat-pump.com