Tek döngülü bir hidrolik ısı pompası sistemi basit, verimli ve maliyetli olabilir, ancak sadece hidrolik koşullar ısı pompasının çalışma gereksinimleri içinde kalırsa.

Gerçek ısıtma ve soğutma projelerinde, bir hava-su ısı pompası, aşağıdakiler de dahil olmak üzere farklı tipte terminal ünitelerine bağlanabilir:

• Yer ısıtma

• Radyatörler

• Fan bobini birimleri

• Hava işleme ünitesi bobinleri

• Diğer hidrojenik ısıtma veya soğutma terminalleri

Bu terminaller her zaman aynı anda çalışmaz.

Termostatlar ayar noktalarına ulaştıkça, bölge valfleri kapanabilir. Fan sarmal kontrol valfleri modüle edilebilir. Filtreler kirlenebilir. Sistem direnci değişebilir.

Sonuç olarak,Sıcaklık pompasından geçen gerçek su akışı, tasarım akış hızından çok farklı olabilir..

Bu, doğrudan bağlı veya tek döngülü bir ısı pompası sisteminde en önemli mühendislik zorluklarından biridir.

1Su akışı bir ısı pompası için neden bu kadar önemlidir?

Her hidrolik ısı pompası özel çalışma koşullarında tasarlanmış ve test edilmiştir.

Bunlar genellikle şunları içerir:

• Dış hava sıcaklığı

• Su sıcaklığını gir

• Su sıcaklığını bırak

• Su akış hızı

• Besleme-dönüş sıcaklık farkı veya ΔT

Bu parametreler arasında,Su akış hızı, su kenarındaki ısı değiştiricisi için özellikle önemlidir..

Temel ısı transferi ilişkisi:

Q = ṁ × Cp × ΔT

Su tabanlı HVAC sistemleri için bu basitleştirilebilir:

Q ≈ 1.163 × V × ΔT

Nerede:

• Q= ısı aktarım kapasitesi, kW

• V= su akış hızı, m3/h

• ΔT= su sıcaklığı farkı, K

Bu denklem, su akışının ve ΔT'nin neden bağımsız olarak düşünülemeyeceğini açıklar.

Verilen ısı transferi hızı için:

Düşük Akış → Yüksek ΔT

ve

Yüksek Akış → Düşük ΔT

2Su akışı çok düşük olduğunda ne olur?

Diyelim ki bir ısı pompası aşağıdaki hızlarda çalışmak üzere tasarlanmıştır:

Tasarımsal su akışı = 4,0 m3/h

Eğer gerçek sistem akışı %20 düşerse, akış:

3.2 m3/h

Sıcaklık pompası hala yaklaşık olarak aynı miktarda enerji aktarmaya çalışıyorsa, su tarafı ΔT artmalıdır.

Örneğin:

Tasarım durumu

20 kW = 1.163 × 3.44 m3/h × 5 K

Eğer akış yaklaşık 2,75 m3/h'ye düşerse ve ısı transferi 20 kW'da kalırsa:

ΔT ≈ 6.25 K

Bu nedenle sistem orijinal tasarım durumundan uzaklaşmaya başlar.

Orta derecede bir sapma kontrol edilebilir.

Büyük bir sapma olmayabilir.

3. Düşük su akışı ısı pompasının performansını azaltabilir

Yetersiz su akışı ΔT'yi arttırmaktan fazlasını yapar.

Aşağıdakileri etkileyebilir:

• Sıcaklık değiştiricisinin performansı

• Soğutucu maddenin yoğunlaşma basıncı

• Soğutma maddesinin buharlaşma sıcaklığı

• Kompresör çalışma koşulları

• Su sıcaklığının istikrarını bırakmak

• Isıtma veya soğutma kapasitesi

• COP/EER

• Dondurma işlemi

• Sistem güvenilirliği

Sonuçlar ısıtma ve soğutma işlevinde farklıdır.

4. Isıtma işlemi sırasında düşük akış

Isıtma modunda, soğutucu, kondansör aracılığıyla dolaşan suya ısı aktarır.

Su akışı çok düşük olursa, su soğutucu tarafındaki ısı değiştiriciden ısıyı yeterince hızlı bir şekilde çıkaramaz.

Bu, çıkış suyunun sıcaklığının hızla yükselmesine neden olabilir.

Aynı zamanda, soğutucu yoğunlaşan sıcaklık ve basınç artabilir.

Ciddi durumlarda, ısı pompası aşağıdakilerle karşılaşabilir:

• Yüksek basınç koruması

• Aşırı boşaltma sıcaklığı

• Sıcaklık değişmez

• Kompresör döngüsü

• Düşük işletme verimliliği

• Sıcaklık değiştiricisinin koruma alarmları

Tam yanıt, ısı pompasının soğutma devresine ve kontrol mantığına bağlıdır.

Isıtma Modu ️ Basitleştirilmiş ilişki

Normal akış

Isı pompası
↓
Yeterli Su Akışı
↓
Sabit ısı aktarımı
↓
Sabit Kondensasyon Basıncı
↓
Normal Çalışma

Yetersiz Akış

Isı pompası
↓
Su Akışının Azaldığı
↓
Düşük Isı Çıkarma
↓
Yüksek su tarafı ΔT
↓
Yüksek Kondensasyon Sıcağı/basıncı
↓
Yüksek Basınç Koruması

Bu yüzden minimum akışı sürdürmek çok önemlidir.

5Düşük akış soğutma sırasında daha da kritik olabilir.

Soğutma işlemi sırasında, ısı pompası dolaşım suyundan ısı çıkarır.

Su kenarındaki ısı değiştiricisi artık bir buharlaştırıcı gibi çalışıyor.

Su akışı çok düşük olursa, ısı değiştiricinin içindeki su sıcaklığı aşırı derecede düşebilir.

Bunun sonucu şunlar olabilir:

Düşük su akışı → Düşük buharlaşma sıcaklığı → Dondurma riski

Durum ciddileşirse, plaka ısı değiştiricisinin içindeki su dondurulabilir.

Buz genişlemesi ısıtıcıya mekanik olarak zarar verebilir.

Bu ciddi bir hata çünkü hasarlı bir plaka ısı değiştiricisi, soğutucu devreye suyun girmesine izin verebilir.

Bu nedenle, soğutma sistemleri özellikle dikkatli bir şekilde dikkate alınmalıdır:

• En az su akışı

• Akış anahtarı koruması

• Su sıcaklığı koruması

• Dondurma karşıtı koruma

• Su kalitesi

• Gerektiğinde glikol konsantrasyonu

• Pompa işletim mantığı

6. Tasarım akışı gerekli olarak gerçek işletim akışı değildir

Bu tek döngü sistem tasarımında en önemli kavramlardan biridir.

İşe koyma sırasında, tüm terminal devreleri açık olabilir.

Montajcı sistemi ölçüyor ve her şey normal görünüyor.

Örneğin:

Sıcaklık pompasının tasarım akışı: 4.0 m3/h

Ölçülen Komisyonlama Akışı: 4,1 m3/s

Her şey doğru görünüyor.

Ama bina normal çalışmaya başladıktan sonra ne olacak?

Diyelim ki sistem altı fan bobini birimi içerir.

Tam yükleme:

FCU 1 + FCU 2 + FCU 3 + FCU 4 + FCU 5 + FCU 6 = yeterli toplam akış

Daha sonra, beş oda termostat ayarlarına ulaşır.

Beş motorlu valf kapanıyor.

Sadece bir fan sargı aktif kaldı.

Sistemin hidrolik direnci çarpıcı bir şekilde değişir.

Sıcaklık pompası artık gerekli minimum su akışından çok daha az su alabilir.

Bunun anlamı:

İşe koyma sırasında düzgün çalışan bir sistem, kısmi yük koşullarında düzgün çalışmayabilir.

Bu, özellikle inverter ısı pompaları için önemlidir, çünkü binalar ısıtma sezonunun önemli bir yüzdesini kısmi yükle çalışırken harcar.

7. Terminal Birimleri Değişken Hidrolik Direnci Oluşturur

Farklı terminallerin farklı hidrolik özellikleri vardır.

Örneğin:

Yeraltı Isıtması

Akış aşağıdakilerden etkilenir:

• Aktif döngüler sayısı

• Çeşitli dengeleme

• Boru uzunluğu

• Boru çapı

• Etkinleştirici konumu

• Karıştırma valfleri

• Termostat kontrolü

Fan bobin birimleri

Akış aşağıdaki durumlarda değişebilir:

• İki yönlü valfler kapanıyor

• Kontrol valfleri modüle ediliyor

• Fan sarmal dalları izole edilir

• Filtreler kirleniyor.

Radyatörler

Akış aşağıdakilere göre değişebilir:

• Termostatik radyatör valfleri

• Denge valfleri

• Bölge valfleri

• Farklı basınç

Bu nedenle tasarımcı sadeceTam yükleme tasarım durumu.

Hidrolik sistem de değerlendirilmelidir.Asgari yük koşulları.

8. Neden Dolaşım Pompası Seçimi Zorlaşır

Doğrudan bağlı bir sistemde, bir dolaşım pompasının basınç direncini aşması gerekebilir:

Sıcaklık pompası + boru sistemi + valfler + filtreler + manifold + terminal üniteleri

Bu nedenle, gerekli pompa çalışma noktası şöyledir:

Tasarım akış hızı + toplam dinamik başlık

Bununla birlikte, terminal direnç mutlaka sabit değildir.

Valfler kapanırken, sistem direnci eğrisi değişir.

Bu nedenle, sadece “daha büyük bir pompa” seçmek her zaman iyi bir çözüm değildir.

Aşırı büyüklükte bir dolaşım pompası aşağıdakilere neden olabilir:

• Aşırı akış

• Aşırı diferansiyel basınç

• Akış gürültüsü

• Valf yetkisi sorunları

• Pompa elektrik tüketiminin artması

• Düşük sistem ΔT

• Zayıf kontrol istikrarı

Amaç en büyük pompa seçmek değil.

Amaç, beklenen hidrolik aralığında doğru çalışabilen bir pompa seçmektir.

9. Neden Minimum Isı Pompası Akışı Her Zaman Korunmalıdır

Çoğu hava-su ısı pompası, izin verilen en düşük su akışını belirtir.

Örneğin:

Tasarım akışı: 4.0 m3/h

Asgari izin verilen akış: 2,5 m3/h

Sistem tasarımcısı, birden fazla terminal bölgesi kapatıldığında bile, gerçek ısı pompası akışının 2,5 m3/s'den aşağı düşmemesini sağlamalıdır.

Bu, tasarım akışının tam yükle mevcut olduğunu sadece onaylamaktan temelde farklıdır.

Bu nedenle iyi bir hidrolik tasarımı iki soruya cevap vermelidir:

Soru 1

Sistem, maksimum yükte gerekli tasarım akışını sağlayabilir mi?

Soru 2

Sistem hala minimum yük altında ısı pompasının minimum gerekli akışını muhafaza edebilir mi?

Her iki şart da önemli.

10Akış Değiştiricisi Neden Gerekli Ama Yeterli Değil?

Sıcaklık pompasını korumak için genellikle bir akış anahtarı kurulur.

Amacı basit:

Yeterli akış → Isı pompasının çalışmasına izin verildi

Yetersiz akış → Isı pompası durdurulmuş/korunmuş

Bu önemli bir güvenlik cihazı.

Ancak:

Akış anahtarı, ısı pompasını kötü bir hidrolik durumdan korur; hidrolik durumu düzeltmez.

Bu ayrım çok önemlidir.

Eğer terminal valfler su akışını asgari gereksinimin altında sürekli düşürürse, akış anahtarı ısıl pompayı tekrar tekrar durdurabilir.

Ekipman korunuyor ama ısıtma sistemi hala düzgün çalışmıyor.

Bu nedenle, akış koruması ve hidrolik tasarım asla karıştırılmamalıdır.

11İki Yolu Valflar ve Kısmi Yük Sorunu

İki yönlü valfler modern HVAC sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Bir odanın ısıtılması gerektiğinde:

Termostat açılıyor → Valf açılıyor → Su akışı

Oda ayar noktasına ulaştığında:

Termostat kapalı → Valf kapanıyor → Su akışı durdu

Bu mükemmel oda düzeyinde kontrol sağlar.

Bununla birlikte, tek döngülü bir sistemde, birden fazla iki yönlü valf kapatmak, toplam sistem akışını azaltır.

Örneğin:

Tam yük

6 bölge açık
→ % 100 tasarım akışı
→ Isı pompası normal çalışıyor

Kısmi yük

3 bölge açık
→ Düşük akış
→ Isı pompası normal çalışmaya devam edebilir

Minimum yük

1 bölge açık
→ Çok düşük sistem akışı
→ Sıcaklık pompasının minimum akışı karşılanmamış olabilir

Bu, çok bölgeli doğrudan bağlı sistemlerde en yaygın hidrolik zorluklardan biridir.

12Farklı basınç atlama valfi.

Bir olası çözümFarklı basınç atlama valfi.

Çevre geçit, besleme ve dönüş boruları arasında kurulur.

Terminal valfler açıkken:

Farklı basınç düşük → Bypass kapalı

Su terminallerden akıyor.

Terminal valfler kapanırken:

Sistem Direnci ↑

Farklı basınç ↑

Bypass valfi yavaş yavaş açılıyor.

Sunucu suyun bir kısmı daha sonra terminal sistemini atlayıp doğrudan ısı pompasına geri döner.

Bu, kan dolaşımını en düşük seviyede tutmaya yardımcı olur.

Basitleştirilmiş Mantık

Sıcaklık pompası tedarik

↓

Terminal devresi

↓

Dönüş

Ama terminal akış azalınca:

Aktarım → Farklı basınç geçiş → Geri dönüş

Bu, minimum ısı pompası akışını korumaya yardımcı olabilir.

Bununla birlikte, atlama akışı uygun şekilde tasarlanmalıdır, çünkü aşırı atlama ısıtma sırasında geri dönüş suyunun sıcaklığını artırabilir ve binaya yararlı ısı aktarımını azaltabilir.

13Üç yönlü valfler daha sabit akış sağlayabilir.

Başka bir yaklaşım ise üç yönlü kontrol valfleri kullanmaktır.

Su akışını sadece durduran iki yönlü bir valften farklı olarak, üç yönlü bir düzenleme akışı bir atlama yoluyla yönlendirebilir.

Kavramsal olarak:

Oda Isıtma Gerektirir

Tedarik → Terminal → Dönüş

Oda Isıtmaya İhtiyaç Duymuyor

Tedarik → Atma → Dönüş

Bu, daha istikrarlı bir birincil dolaşım akışını koruyabilir.

Bununla birlikte, üç yönlü valfler de sürekli bypass akışı yaratır ve pompalama enerjisini artırabilir.

Bu nedenle, iki yönlü ve üç yönlü valfler arasındaki seçim, bileşen tercihinden ziyade tam hidrolik tasarıma dayanmalıdır.

14Değişken Hızlı Pompaların Doğru Kontrol Mantığına İhtiyacı Var.

Değişken hızdaki dolaşım pompaları hidronik sistemin verimliliğini önemli ölçüde artırabilir.

Genel kontrol modları şunlardır:

• Sabit hız

• Sabit farklılık basıncı

• Proporsiyonel farklı basınç

• 0 ̊10 V dış kontrol

• PWM kontrolü

• Isı pompası ile entegre değişken hız kontrolü

Terminal valfler kapanırken, değişken hızlı bir pompa hızını azaltabilir.

Bu, aşağıdakileri azaltabilir:

• Pompalama enerjisi

• Farklı basınç

• Akış gürültüsü

• Valf gerginliği

Bununla birlikte, sıcaklık pompasının akışının gerekli minimumun altına düşeceği kadar hız azaltılmamalıdır.

Bu yüzden:

Değişken pompa kontrolü ≠ Sınırsız akış azaltımı

Sıcaklık pompasının minimum akış gereksinimleri yönetim kısıtlaması olmaya devam ediyor.

15Filtreler ve süzgeçler de ısı pompasının akışını etkiler.

Akış sorunları her zaman kontrol vanalarından kaynaklanmaz.

Kirli bir Y süpürge veya manyetik kir ayırıcı sistem basınç düşüşünü yavaş yavaş artırabilir.

Gelişme şöyle görünebilir:

Temiz Filtre

↓

Normal basınç düşüşü

↓

Normal akış

O zaman:

Kir birikimi

↓

Basınç Düşüşü

↓

Alt Su Akışı

↓

Daha yüksek ΔT

↓

Isı Pompası Performansı Sorunları

Bu nedenle, devreye girme ve bakım aşağıdakileri içermelidir:

• Akış ölçümü

• Besleme/dönüş basıncı ölçümü

• Filtre denetimi

• Filtre temizleme

• Havanın çıkarılması

• Su kalitesi kontrolleri

Yeniyken düzgün çalışan bir sistem, daha sonra kirlilik veya hapsedilmiş hava nedeniyle hidrolik sorunları geliştirebilir.

16Hidronik devrede hava da akışı azaltabilir.

Hava birikimi aşağıdakilere neden olabilir:

• Düşük etkili akış

• Pompa kavitasyonu

• Gürültü

• Eşsiz ısıtma

• Yerel dolaşım sorunları

• Akış düğmesi alarmı

Otomatik havalandırma delikleri, hava ayırıcıları, doğru sistem basıncı ve uygun devreye alma prosedürleri, bu nedenle ısı pompasının hidrolik tasarımının önemli parçalarıdır.

17Isıtma ve soğutma ayrı ayrı değerlendirilmelidir.

Dönüştürülebilir bir hava-su ısı pompası sadece ısıtma modunda hidrolik olarak değerlendirilmemelidir.

Isıtma ve soğutma farklı riskler yaratır.

Isıtma Modu

Yetersiz akışla ilgili birincil endişe:

Kötü ısı reddedimi → Yüksek yoğunlaşma sıcaklığı/basıncı

Soğutma Modu

Yetersiz akışla ilgili birincil endişe:

Aşırı su soğutması → Düşük buharlaşma sıcaklığı → Dondurma riski

Bu nedenle, ısıtma için kabul edilebilir bir sistem otomatik olarak soğutma için güvenli değildir.

Bu özellikle aşağıdakileri kullanan sistemler için önemlidir:

• Fan bobinleri

• Soğutulmuş su AHU'ları

• Radyant soğutma

• Düşük sıcaklıklı proses soğutması

18Pratik Mühendislik Kontrol Listesi

Tek döngülü bir ısı pompası sistemini çalıştırmadan önce, aşağıdakileri kontrol edin:

Isı pompası

✓ Su akışını tasarlayın
✓ En az izin verilen akış
✓ Maksimum izin verilen akış
✓ Sistem suyunun asgari hacmi
✓ Isıtma-suyu terk etme sıcaklığı
✓ Soğutma-suyu terk etme sıcaklığı

Dolaşım pompası

✓ Tasarım akışı
✓ Kullanılabilir baş
✓ Kontrol modu
✓ Asgari hız
✓ Pompa eğrisi

Hidrolik Ağ

✓ Boru çapı
✓ Toplam basınç düşüşü
✓ Valf direnci
✓ Filtre direnci
✓ Terminal basınç düşüşü
✓ Hidrolik dengeleme

Terminal Kontrolü

✓ Bölge sayısı
✓ İki yönlü veya üç yönlü valfler
✓ Açık devrelerin asgari sayısı
✓ Kısmi yük akışı
✓ Bypass gereksinimi

Koruma

✓ Akış anahtarı
✓ Dondurma koruması
✓ Yüksek basınç koruması
✓ Otomatik havalandırma
✓ Genişleme kanadı
✓ Güvenlik valfi

En önemlisi:

Hidrolik sistemi hem maksimum yük hem de minimum yükte kontrol edin.

19En önemli tasarım prensibi.

Tek döngülü bir ısı pompası sistemi için ısı pompası ve bina dağıtım ağı hidrolik olarak birbirine bağlıdır.

Bu, terminal tarafındaki her değişikliğin ısı pompasını etkileyebileceği anlamına geliyor.

Bir termostat bir valfi kapatır.

↓

Sistem direnci değişir.

↓

Su akışı değişir.

↓

Sıcaklık pompası ΔT değişir.

↓

Buzdolabı çalışma koşulları değişir.

↓

Kapasite, verimlilik ve güvenilirlik değişebilir.

Bu nedenle hidrolik tasarım ısı pompası seçiminden ayrılmaz.

Sonuçlar

Tek döngülü bir hidrolik ısı pompası sistemi, konut ve hafif ticari ısıtma ve soğutma için basit ve yüksek verimli bir çözüm sağlayabilir.

Ama başarılı bir operasyon büyük ölçüdeSu akışının istikrarı.

Tasarımcı sadece nominal ısı pompası kapasitesini değil aynı zamanda:

Tasarım akışı → Asgari akış → ΔT → Basınç düşüşü → Pompa seçimi → Terminal direnci → Bölge kontrolü → Atma stratejisi → Sistem koruması

Bir ısı pompası, işletme sırasında tüm terminaller açıkken mükemmel bir şekilde çalışabilir, ancak bina kısmi yükle çalışmaya başladığında kararsız hale gelebilir.

Bu nedenle, ısı pompası sistemi tasarımında en önemli ilkelerden biri şunlardır:

Sadece tam yük için tasarlamayın, hidrolik sistemi tüm çalışma aralığı için tasarlayın.

Tüm beklenen çalışma koşullarında ısı pompasından yeterli su akışının sürdürülmesi,verimlilik, konfor, kompresör güvenilirliği, dondurma koruması ve uzun süreli sistem performansı.

Sık Sorulan Sorular: Tek döngülü ısı pompası sistemi tasarımı

Sıcaklık pompasının su akışı çok düşükse ne olur?

Düşük su akışı su tarafı sıcaklık farkını arttırır ve ısı değiştiricisinin performansını azaltabilir.şiddetli düşük akış koşulları yüksek yoğunlaşma basıncına ve koruma alarmlarına katkıda bulunabilirSoğutma modunda, yetersiz akış, aşırı düşük su ve buharlaşma sıcaklıklarının riskini artırabilir.

Sıcaklık pompası neden en az su akışına ihtiyaç duyar?

Asgari akış, su tarafı ısı değiştiricisinin aşırı sıcaklık değişiklikleri veya dengesiz soğutucu çalışma koşulları olmadan gerekli termal enerjiyi sürekli olarak aktarabileceğini sağlar.

Daha büyük bir dolaşım pompası düşük akış sorunlarını çözebilir mi?

Çok büyük bir pompa enerji tüketimini artırabilir.Altta yatan hidrolik tasarım sorununu düzeltmeden gürültü ve basınç farkı.

Bölge valfleri kapanırken ısı pompası akışı neden azalır?

İki yönlü bölge valflerinin kapatılması, dağıtım sisteminin hidrolik direncini arttırır ve paralel akış yollarını ortadan kaldırır.

Akış anahtarı yeterli su akışını çözüyor mu?

Hayır. Akış anahtarı öncelikle bir koruma cihazıdır. Dolaşım yetersiz hale geldiğinde ısı pompasını durdurabilir, ancak düşük akışın hidrolik nedenini düzeltmez.

Farklı basınçlı atlama valfi ne zaman düşünülmelidir?

Terminal valflerin kapanabildiği ve ısı pompası üzerinden minimum dolaşımın sürdürülmesi gereken değişken akışlı doğrudan bağlı sistemlerde yararlı olabilir.Onun ayarlama ve bypass akışı keyfi seçmek yerine mühendislik edilmelidir.

Tek döngülü bir sistem birden fazla ısıtma bölgesi için uygun mu?

Evet, ancak tasarımcı, sadece az sayıda bölgenin ısıtma veya soğutma gerektirdiğinde, ısı pompasının minimum akış ve su hacmi gereksinimlerinin karşılanmasını sağlamalıdır.