Geleneksel bir gaz, petrol veya elektrikli kazanın yerinehava-su ısı pompasıkonulması, konut, ticari ve kamu binalarının yenileme projelerinde giderek yaygınlaşmaktadır.
Ancak, başarılı bir tadilat sadece şunlardan ibaret değildir:
Kazanı çıkarın → ısı pompası takın → mevcut boruları bağlayın.
Bir ısı pompası ve bir kazan, çok farklı hidrolik ve sıcaklık koşullarında çalışır.
Bir kazan, normalde nispeten yüksek su sıcaklıkları sağlayabilir ve besleme ile dönüş suyu arasında karşılaştırılabilir derecede büyük bir sıcaklık farkı bulunur. Buna karşılık, bir ısı pompası normalde daha düşük sıcaklıkta su sağlayarak ve su akışını dikkatlice kontrol ederek en iyi verimliliğini elde eder.
Bu, bir kazanı değiştirmeden önce mühendislerin birkaç önemli soruyu yanıtlaması gerektiği anlamına gelir:
Binanın gerçek ısıtma ve soğutma yükü nedir?
Tasarım dış sıcaklıkta ısı pompası ne kadar kapasite sağlamalıdır?
Mevcut fan coil, radyatör veya yerden ısıtma sistemi yeni su sıcaklıklarında çalışabilir mi?
Mevcut borular yeterli su akışı sağlayabilir mi?
Mevcut sirkülasyon pompası uygun mu?
Hidrolik ayrım, tampon tank veya ikincil devre gerekli mi?
Bu soruları anlamak, güvenilir bir kazandan ısı pompasına geçişin anahtarıdır.
Isı pompası tadilatlarında en sık yapılan hatalardan biri, yeni bir ısı pompasını mevcut kazan etiketinde yazılı olan kapasiteye göre seçmektir.
Örneğin:
Mevcut kazan kapasitesi = 100 kW
Bu nedenle, 100 kW'lık bir ısı pompası takın.
Bu yaklaşım ciddi şekilde yanıltıcı olabilir.
Geleneksel kazanlar sıklıkla aşırı boyutludur ve nominal kapasiteleri binanın gerçek tepe ısıtma talebini temsil etmeyebilir.
Bu nedenle doğru başlangıç noktasıtasarım ısı yükü.
Soğutma gerektiren projelerde tasarım soğutma yükü de hesaplanmalıdır.
Basitleştirilmiş bir ön tahmin şunları kullanabilir:
Burada:
Q = tahmini bina yükü, W
A = iklimlendirilen taban alanı, m²
q = tahmini birim yük, W/m²
Örneğin, 10.000 m²'lik bir binanın tahmini ısıtma yükü 70 W/m² ise:
Bu nedenle:
Ancak, W/m² değerleri yalnızcaön tahmin.
Nihai ısı pompası seçimi, tercihen yalıtım, camlama, havalandırma/sızdırmazlık, doluluk, iç kazançlar, dış tasarım sıcaklığı ve gerekli iç sıcaklığı dikkate alan doğru bir bina ısı kaybı/ısı kazancı hesaplamasına dayanmalıdır.
Bu, özellikle hava kaynaklı ısı pompaları için önemlidir.
20 kW'lık bir ısı pompası olarak tanıtılan bir ısı pompası, tüm dış koşullarda mutlaka 20 kW sağlamaz.
Dış hava sıcaklığı azaldıkça, hava kaynaklı bir ısı pompasının kullanılabilir ısıtma kapasitesi ve COP'si önemli ölçüde değişebilir.
Bu nedenle, mühendisler yalnızca nominal koşullara göre ekipman seçmemelidir, örneğin:
A7/W35
Bu nedenle, kapasite gerçek proje tasarım koşuluna karşı kontrol edilmelidir, örneğin:
A7/W35
A2/W35
A−7/W35
A−15/W45
A−20/W55
iklime ve uygulamaya bağlı olarak.
Doğru prensip şudur:
sistem kasıtlı olarakçift enerjili bir sistemolarak tasarlanmadığı sürece yardımcı ısıtma ile.
Bu nedenle, soğuk iklim projeleri için, düşük sıcaklıkta ısıtma kapasitesi genellikle katalogda yazılı olan nominal kW'dan daha önemlidir.
Tersinir hava-su ısı pompası sistemleri için başka bir soru ortaya çıkar:
Isı pompasını ısıtma yüküne veya soğutma yüküne göre mi boyutlandırmalıyız?
Cevap iklime bağlıdır.
Soğuk bir iklimde, ısıtma yükü genellikle baskındır.
Bu nedenle ısı pompası normaldekış tasarım ısı yüküne göre seçilir, düşük ortam ısıtma kapasitesi kontrol edildikten sonra.
Yaz soğutma kapasitesi o zaman otomatik olarak yeterli olabilir.
Hem önemli ısıtma hem de soğutma talebi olan iklimlerde durum farklı olabilir.
Ticari bir binanın şunlara sahip olduğunu varsayalım:
ancak:
Sadece soğutma zirvesi nedeniyle tüm ısı pompası tesisatını 1.500 kW'a göre boyutlandırmak, aşırı boyutlu bir ısıtma sistemi üretebilir.
Olası bir mühendislik çözümü hibrit bir tesistir:
Hava-su ısı pompaları → temel ısıtma + kısmi soğutma
artı
Soğutucu → ek tepe soğutma
Bu, daha iyi ekipman kullanımı ve daha esnek tesisat çalışması sağlayabilir.
Kesin yapılandırma, yük profilleri, iklim, çalışma saatleri, elektrik tarifeleri, yedeklilik gereksinimleri ve yaşam döngüsü maliyetine göre belirlenmelidir - yalnızca tepe kapasitesine göre değil.
Birçok kazan değiştirme projesinde, binada zaten hidronik fan coil üniteleri bulunmaktadır.
İyi haber şu ki:
Mevcut fan coil'lerin otomatik olarak değiştirilmesi gerekmez.
Ancak performansları yeni çalışma sıcaklıklarında doğrulanmalıdır.
Fan coil kapasitesi, serpantinlere giren su ile oda havası arasındaki sıcaklık farkına büyük ölçüde bağlıdır. Bu nedenle, su sıcaklığının düşürülmesi genellikle ısıtma çıktısını azaltır. Üretici performans tabloları mevcut olduğunda kullanılmalıdır. (Caleffi S.p.a.)
Örneğin, orijinal olarak tasarlanmış bir fan coil:
Kazan sistemi
70°C besleme / 60°C dönüş
şu şekilde çalıştırıldığında önemli ölçüde daha az ısı sağlayabilir:
Isı pompası sistemi
45°C besleme / 40°C dönüş.
Bu nedenle doğru soru şu değildir:
“Bir fan coil 45°C su ile çalışabilir mi?”
Şudur:
“Bu fan coil, mevcut hava akışı ve su akışı koşulları altında 45°C su ile gerekli oda ısıtma kapasitesini sağlayabilir mi?”
Bu ayrım son derece önemlidir.
Fan coil sistemlerinin ısı pompası tadilat projelerinde bir büyük avantajı vardır:
Aynı terminal genellikle hem ısıtma hem de soğutma sağlayabilir.
Kışın:
Hava kaynaklı ısı pompası → sıcak su → fan coil → mahal ısıtması
Yazın:
Hava kaynaklı ısı pompası → soğuk su → fan coil → mahal soğutması
Bu, fan coil'leri oteller, ofisler, okullar, apartmanlar ve yıl boyunca HVAC gerektiren ticari binalar için özellikle cazip hale getirir.
Ancak, soğuk su kullanıldığında, fan coil ve boru sistemi de uygun yalıtım ve yoğuşma drenajı dahil olmak üzere yoğuşma kontrolü için tasarlanmalıdır.
Modern hidronik tasarım kılavuzları, fan coil'leri hava-su ısı pompaları için kullanışlı ısı yayıcılar olarak da tanır, özellikle düşük su sıcaklıkları için yeterince büyük ısı değiştirici yüzeylerle tasarlandığında. (Caleffi S.p.a.)
Zorunlu değil.
Hidronik bir devrede ısı transferini yöneten temel ilişki şudur:
Burada:
Q = ısı transfer oranı
ṁ = su kütle akış hızı
Cp = özgül ısı kapasitesi
ΔT = besleme-dönüş su sıcaklığı farkı
Bu denklem, kazan ve ısı pompası hidronik sistemleri arasındaki en önemli farklardan birini açıklar.
Aynı ısı transfer oranı için:
Bu nedenle, tasarım ΔT küçüldükçe, gerekli su akışı artar. (Caleffi S.p.a.)
Basit bir örnek düşünün.
Bir sistemin şunları transfer etmesi gerekir:
Su için uygun bir metrik yaklaşım şudur:
Bu nedenle:
Bu nedenle, ΔT'yi 10°C'den 5°C'ye düşürmek yaklaşık olarakgerekli su akışını iki katına çıkarır.
Bu, bir kazanı bir ısı pompasıyla değiştirdiğinde, ısıtma kapasitesi doğru hesaplanmış olsa bile neden hidrolik sorunlar yaratabileceğini açıklar.
Mevcut boru, ısı pompası akışı için basitçe çok küçük olabilir.
Yaygın bir tepki şudur:
“Akış düşükse, sadece daha büyük bir sirkülasyon pompası takın.”
Bazen işe yarar.
Bazen başka bir sorun yaratır.
Pompa basma yüksekliğini artırmak, yetersiz boru tesisatını sonsuza kadar telafi edemez. Aşırı hız şunlara neden olabilir:
artmış basınç düşüşü;
daha yüksek pompa elektrik tüketimi;
akış gürültüsü;
vana gürültüsü;
erozyon riski;
kötü hidrolik dengeleme;
uzak dallarda yetersiz akış.
Bu nedenle doğru prosedür şudur:
Gerekli termal kapasite → gerekli su akışı → boru basınç düşüşü → mevcut pompa basma yüksekliği → sirkülasyon pompası seçimi
pompayı bağımsız olarak seçmek yerine.
Tüm mevcut hidronik boruların değiştirilmesi, bir tadilatı son derece pahalı ve rahatsız edici hale getirebilir.
Bu nedenle, mühendisler öncelikle mevcut ağın hala kullanılıp kullanılamayacağını araştırmalıdır.
Kontrol edin:
ana boru çapı;
dal boru çapı;
boru uzunluğu;
bağlantı parçaları ve vana basınç kaybı;
mevcut pompa eğrisi;
mevcut diferansiyel basınç;
gerekli ısı pompası akışı;
izin verilen su hızı;
hidrolik denge.
Mevcut boru tesisatı, kabul edilebilir basınç kaybı ve hızda gerekli akışı taşıyabiliyorsa, değiştirilmesine gerek olmayabilir.
Bu, tadilat maliyetini düşürmek için en büyük fırsatlardan biridir.
Mevcut hidronik yerden ısıtma, geleneksel radyatörlerden bile daha uygun olabilir.
Neden?
Çünkü yerden ısıtma çok büyük bir ısı yayan yüzey kullanır.
Daha büyük bir ısı transfer alanı, binanın nispeten düşük su sıcaklıkları kullanılarak ısıtılmasını sağlar.
Bu tam olarak bir ısı pompasının tercih ettiği şeydir.
Modern ısı pompası tasarım kılavuzları, iyi tasarlanmış yerden ısıtmayı hava-su ısı pompaları için özellikle uygun olarak tanımlar çünkü gerekli oda ısı çıktısını nispeten düşük besleme suyu sıcaklıklarında sağlayabilir, bu da ısı pompası verimliliğini artırır. (Caleffi S.p.a.)
Tipik düşük sıcaklıkta ısıtma işlemi şunlar civarında olabilir:
30–35°C besleme suyu
veya
35–40°C besleme suyu
bina yüküne, zemin yapısına, boru aralığına, zemin kaplamasına ve dış koşullara bağlı olarak.
Gerçek tasarım sıcaklığı her zaman varsayılan yerine hesaplanmalıdır.
Mevcut zemin ısıtma devresi, ısı pompasının gerektirdiğinden daha büyük bir besleme-dönüş sıcaklık farkı için tasarlanmış olabilir.
Eski zemin devresinin şunlarda çalıştığını varsayalım:
ancak ısı pompası yaklaşık olarak şunları gerektirir:
Aynı ısıtma kapasitesi için, ısı pompası tarafı yaklaşık iki kat su akışı gerektirir.
Bu şunlar arasında bir uyumsuzluk yaratabilir:
Isı pompası gerekli akışı
ve
mevcut UFH devresi akış kapasitesi.
Bu, tüm zemin ısıtma borularının değiştirilmesi gerektiği anlamına gelmez.
Bunun yerine, hidrolik sistemin doğru şekilde yeniden tasarlanması gerekir.
Etkili bir çözüm, ısı pompası devresini bina dağıtım devresinden hidrolik olarak ayırmaktır.
Tipik bir düzen şöyledir:
Isı Pompası → Birincil Pompa → Tampon Tank / Hidrolik Ayırıcı → İkincil Pompa → Mevcut UFH veya Fan Coil Sistemi
Bu, ısı pompası devresinin ısı pompası tarafından gereken akışı korumasını sağlarken, mevcut bina devresinin farklı bir akış hızında çalışmasına olanak tanır.
Bu özellikle şu durumlarda kullanışlıdır:
birden fazla ısıtma bölgesi bağımsız olarak açılıp kapanır;
mevcut dağıtım akışı ısı pompası akışından farklıdır;
birden fazla ısı pompası kaskatta çalışır;
hem fan coil hem de yerden ısıtma kullanılır;
minimum ısı pompası sistemi hacmi korunmalıdır;
buz çözme işlemi depolanmış termal enerji gerektirir.
Hidrolik ayrım, birincil ve ikincil sirkülatörlerin kararlı ancak potansiyel olarak farklı akış hızlarında çalışmasına olanak tanır. (Caleffi S.p.a.)
Radyatörler daha dikkatli bir değerlendirme gerektirir.
Birçok eski kazan sistemi nispeten yüksek su sıcaklıkları etrafında tasarlanmıştır.
Bu nedenle, çok daha düşük su sıcaklığında çalışan bir ısı pompası yetersiz radyatör çıktısı üretebilir.
Olası çözümler şunları içerir:
radyatör boyutunu artırmak;
ek radyatörler eklemek;
fan destekli radyatörler takmak;
bina yalıtımını iyileştirmek;
bina ısı kaybını azaltmak;
düşük sıcaklıklı fan coil'ler kullanmak;
gerekli olduğunda daha yüksek çıkış suyu sıcaklığına sahip bir ısı pompası seçmek.
Amaç hala şu olmalıdır:
Bina ısı yükünü karşılayabilen en düşük pratik besleme suyu sıcaklığını kullanın.
Daha düşük gerekli su sıcaklığı genellikle bir hava-su ısı pompasının daha yüksek COP'de çalışmasına izin verir. (Caleffi S.p.a.)
Bir tadilattan sonra, toplam sistem akışı doğru olabilir ancak bazı odalar hala yetersiz ısıtma alabilir.
Neden?
Çünkü su en az hidrolik dirence sahip yolu izler.
Kısa devreler aşırı akış alabilirken uzun devreler aç kalabilir.
Bu nedenle, tadilat devreye alma şunları içermelidir:
dal dengeleme;
manifold akış ayarı;
diferansiyel basınç doğrulama;
pompa hızı ayarı;
besleme/dönüş sıcaklığı ölçümü;
terminal akış doğrulaması.
Paralel hidronik devreler, bireysel dalların bağımsız olarak dengelenebilmesi ve kontrol edilebilmesi nedeniyle özellikle kullanışlıdır. (Caleffi S.p.a.)
Mühendislik projeleri için süreç şu şekilde özetlenebilir:
Adım 1 — Bina yükünü hesaplayın
Tasarım ısıtma ve, gerekiyorsa, soğutma yüklerini belirleyin.
↓
Adım 2 — Tasarım dış koşulları belirleyin
Yerel kış ve yaz tasarım sıcaklıklarını kullanın.
↓
Adım 3 — Isı pompası kapasitesini seçin
Gerekli dış sıcaklık ve çıkış suyu sıcaklığında gerçek ısıtma/soğutma çıktısını kontrol edin.
↓
Adım 4 — Gerekli besleme suyu sıcaklığını belirleyin
Mevcut fan coil, radyatör veya yerden ısıtmayı değerlendirin.
↓
Adım 5 — Gerekli su akışını hesaplayın
Şunu kullanın:
↓
Adım 6 — Mevcut boru tesisatını kontrol edin
Çapı, basınç kaybını ve izin verilen hızı doğrulayın.
↓
Adım 7 — Sirkülasyon pompalarını seçin
Tasarım akışını ve hesaplanan sistem direncini kullanın - yalnızca boru çapını değil.
↓
Adım 8 — Hidrolik ayrımın gerekli olup olmadığına karar verin
Tampon tankları, hidrolik ayırıcıları ve birincil-ikincil pompalama sistemlerini düşünün.
↓
Adım 9 — Dengeleyin ve devreye alın
Çalışma koşulları altında gerçek akışı, besleme sıcaklığını, dönüş sıcaklığını ve ΔT'yi ölçün.
Tasarım ısıtma yükü 500 kW olan ticari bir bina düşünün:
Isı pompası sistemi şunlar etrafında tasarlanmışsa:
o zaman:
Bu, ana hidronik devrenin tasarım koşulları altında yaklaşık86 m³/saattaşıyabilmesi gerektiği anlamına gelir.
Mevcut kazan devresi şunlar etrafında tasarlanmışsa:
önceki tasarım akışı yalnızca şunlar olabilir:
Bu nedenle yeni ısı pompası kabacatasarım su akışının iki katını.
Bu tek hesaplama, mühendise neyin araştırılması gerektiğini hemen söyler:
Mevcut boru ağı ve pompaları artan akışı kaldırabilir mi?
Evet ise, orijinal sistemin çoğu kalabilir.
Hayır ise, hidrolik modifikasyon gereklidir.
Başarılı bir tadilat, üç sistemin birbirine uymasını gerektirir:
Isı pompası gerçek dış koşullar altında yeterli kapasite sağlamalıdır.
Borular ve pompalar yeterli su akışı sağlamalıdır.
Fan coil, radyatör veya yerden ısıtma, seçilen su sıcaklığında yeterli oda çıktısı sağlamalıdır.
Bu üçünden herhangi biri yanlış tasarlanırsa, sistem şunları yaşayabilir:
yetersiz ısıtma → yüksek su sıcaklığı → düşük COP → daha yüksek elektrik tüketimi → kötü müşteri deneyimi.
Bu nedenle ısı pompası tadilatları, yalnızca bir ekipman değişimi yerine her zamantam bir hidronik sistem mühendislik projesiolarak ele alınmalıdır.
Bazen, ancak mevcut sistem öncelikle ısı yükü, gerekli su sıcaklığı, terminal çıktısı, su akışı, boru çapı ve sirkülasyon pompası kapasitesi açısından kontrol edilmelidir. Hidrolik analiz olmadan doğrudan birebir değişim, düşük performansa neden olabilir.
Evet, birçok durumda. Ancak, ısıtma kapasiteleri, ısı pompası çalışmasıyla normalde ilişkilendirilen daha düşük su sıcaklıklarında kontrol edilmelidir. Üretici performans verileri mevcut olduğunda kullanılmalıdır.
Genellikle evet. Hidronik yerden ısıtma, ısı pompaları için özellikle uygundur çünkü büyük yayıcı alanı nispeten düşük besleme suyu sıcaklıklarına izin verir.
Isı transferi hem su akışına hem de besleme-dönüş sıcaklık farkına bağlıdır. ΔT azaldığında, aynı miktarda ısıyı transfer etmek için su akışının artması gerekir.
Zorunlu değil. Mevcut boru tesisatı, yeni gerekli akış ve basınç düşüşüne karşı hidrolik olarak kontrol edilmelidir. Kabul edilebilir akış, aşırı hız veya pompa basma yüksekliği olmadan elde edilebiliyorsa, borular kalabilir.
Sistem tasarımına bağlıdır. Isı pompası ve bina devreleri farklı akış hızları gerektirdiğinde, birden fazla bölge sık sık kapandığında, ek sistem hacmi gerektiğinde veya kararlı buz çözme işlemi gerektiğinde bir tampon tankı veya hidrolik ayırıcı faydalı olabilir.
Her ikisi de çok iyi çalışabilir. Yerden ısıtma mükemmel düşük sıcaklıkta ısıtma verimliliği sunarken, fan coil'ler hem ısıtma hem de soğuk su soğutması sağlayabilir. En iyi seçim, bina tipine, ısıtma/soğutma talebine ve mevcut dağıtım altyapısına bağlıdır.
Bir kazanı hava kaynaklı bir ısı pompasıyla değiştirmek öncelikle aynı kW derecesine sahip bir ısı pompası bulma sorunu değildir.
Gerçek mühendislik sorusu şudur:
Isı pompası, hidronik dağıtım sistemi ve mevcut ısı yayıcılar, gerekli su sıcaklığı, akış hızı ve tasarım yükünde birlikte çalışabilir mi?
Bu nedenle profesyonel bir tadilat, bina yükü hesaplamasıyla başlar, ardından ısı pompası performans seçimi, terminal doğrulaması ve hidrolik analiz gelir.
Mevcut fan coil ve yerden ısıtma sistemleri genellikle korunabilir, bu da tadilat maliyetini önemli ölçüde azaltabilir. Ancak bu, yalnızca mühendisler dikkatlice doğruladığında mümkündürsu sıcaklığı, ΔT, akış hızı, boru basınç düşüşü, sirkülasyon pompası performansı ve terminal kapasitesi.
Bu unsurlar doğru şekilde eşleştirildiğinde, kazan tabanlı bir hidronik sistemi hava-su ısı pompasına dönüştürmek, tüm dağıtım sistemini gereksiz yere yeniden inşa etmeden verimli ısıtma, soğutma ve uzun vadeli enerji tasarrufu sağlayabilir.
Yukarıdaki denklemler ve örnekler, ön mühendislik anlayışı için tasarlanmıştır. Nihai ekipman seçimi, her zaman projeye özel ısı kaybı/ısı kazancı hesaplamaları, yerel tasarım hava durumu verileri, hidrolik hesaplamalar ve ısı pompası/fan coil üreticisinin sertifikalı performans verileri kullanılmalıdır.
Wotech – Profesyonel Hava Kaynaklı Isı Pompası Çözümleri
Düşük sıcaklıkta ısıtma, fan coil ve yerden ısıtma uygulamaları dahil olmak üzere konut, ticari ve OEM hava-su ısı pompası çözümleri için şu adresi ziyaret edin:
Geleneksel bir gaz, petrol veya elektrikli kazanın yerinehava-su ısı pompasıkonulması, konut, ticari ve kamu binalarının yenileme projelerinde giderek yaygınlaşmaktadır.
Ancak, başarılı bir tadilat sadece şunlardan ibaret değildir:
Kazanı çıkarın → ısı pompası takın → mevcut boruları bağlayın.
Bir ısı pompası ve bir kazan, çok farklı hidrolik ve sıcaklık koşullarında çalışır.
Bir kazan, normalde nispeten yüksek su sıcaklıkları sağlayabilir ve besleme ile dönüş suyu arasında karşılaştırılabilir derecede büyük bir sıcaklık farkı bulunur. Buna karşılık, bir ısı pompası normalde daha düşük sıcaklıkta su sağlayarak ve su akışını dikkatlice kontrol ederek en iyi verimliliğini elde eder.
Bu, bir kazanı değiştirmeden önce mühendislerin birkaç önemli soruyu yanıtlaması gerektiği anlamına gelir:
Binanın gerçek ısıtma ve soğutma yükü nedir?
Tasarım dış sıcaklıkta ısı pompası ne kadar kapasite sağlamalıdır?
Mevcut fan coil, radyatör veya yerden ısıtma sistemi yeni su sıcaklıklarında çalışabilir mi?
Mevcut borular yeterli su akışı sağlayabilir mi?
Mevcut sirkülasyon pompası uygun mu?
Hidrolik ayrım, tampon tank veya ikincil devre gerekli mi?
Bu soruları anlamak, güvenilir bir kazandan ısı pompasına geçişin anahtarıdır.
Isı pompası tadilatlarında en sık yapılan hatalardan biri, yeni bir ısı pompasını mevcut kazan etiketinde yazılı olan kapasiteye göre seçmektir.
Örneğin:
Mevcut kazan kapasitesi = 100 kW
Bu nedenle, 100 kW'lık bir ısı pompası takın.
Bu yaklaşım ciddi şekilde yanıltıcı olabilir.
Geleneksel kazanlar sıklıkla aşırı boyutludur ve nominal kapasiteleri binanın gerçek tepe ısıtma talebini temsil etmeyebilir.
Bu nedenle doğru başlangıç noktasıtasarım ısı yükü.
Soğutma gerektiren projelerde tasarım soğutma yükü de hesaplanmalıdır.
Basitleştirilmiş bir ön tahmin şunları kullanabilir:
Burada:
Q = tahmini bina yükü, W
A = iklimlendirilen taban alanı, m²
q = tahmini birim yük, W/m²
Örneğin, 10.000 m²'lik bir binanın tahmini ısıtma yükü 70 W/m² ise:
Bu nedenle:
Ancak, W/m² değerleri yalnızcaön tahmin.
Nihai ısı pompası seçimi, tercihen yalıtım, camlama, havalandırma/sızdırmazlık, doluluk, iç kazançlar, dış tasarım sıcaklığı ve gerekli iç sıcaklığı dikkate alan doğru bir bina ısı kaybı/ısı kazancı hesaplamasına dayanmalıdır.
Bu, özellikle hava kaynaklı ısı pompaları için önemlidir.
20 kW'lık bir ısı pompası olarak tanıtılan bir ısı pompası, tüm dış koşullarda mutlaka 20 kW sağlamaz.
Dış hava sıcaklığı azaldıkça, hava kaynaklı bir ısı pompasının kullanılabilir ısıtma kapasitesi ve COP'si önemli ölçüde değişebilir.
Bu nedenle, mühendisler yalnızca nominal koşullara göre ekipman seçmemelidir, örneğin:
A7/W35
Bu nedenle, kapasite gerçek proje tasarım koşuluna karşı kontrol edilmelidir, örneğin:
A7/W35
A2/W35
A−7/W35
A−15/W45
A−20/W55
iklime ve uygulamaya bağlı olarak.
Doğru prensip şudur:
sistem kasıtlı olarakçift enerjili bir sistemolarak tasarlanmadığı sürece yardımcı ısıtma ile.
Bu nedenle, soğuk iklim projeleri için, düşük sıcaklıkta ısıtma kapasitesi genellikle katalogda yazılı olan nominal kW'dan daha önemlidir.
Tersinir hava-su ısı pompası sistemleri için başka bir soru ortaya çıkar:
Isı pompasını ısıtma yüküne veya soğutma yüküne göre mi boyutlandırmalıyız?
Cevap iklime bağlıdır.
Soğuk bir iklimde, ısıtma yükü genellikle baskındır.
Bu nedenle ısı pompası normaldekış tasarım ısı yüküne göre seçilir, düşük ortam ısıtma kapasitesi kontrol edildikten sonra.
Yaz soğutma kapasitesi o zaman otomatik olarak yeterli olabilir.
Hem önemli ısıtma hem de soğutma talebi olan iklimlerde durum farklı olabilir.
Ticari bir binanın şunlara sahip olduğunu varsayalım:
ancak:
Sadece soğutma zirvesi nedeniyle tüm ısı pompası tesisatını 1.500 kW'a göre boyutlandırmak, aşırı boyutlu bir ısıtma sistemi üretebilir.
Olası bir mühendislik çözümü hibrit bir tesistir:
Hava-su ısı pompaları → temel ısıtma + kısmi soğutma
artı
Soğutucu → ek tepe soğutma
Bu, daha iyi ekipman kullanımı ve daha esnek tesisat çalışması sağlayabilir.
Kesin yapılandırma, yük profilleri, iklim, çalışma saatleri, elektrik tarifeleri, yedeklilik gereksinimleri ve yaşam döngüsü maliyetine göre belirlenmelidir - yalnızca tepe kapasitesine göre değil.
Birçok kazan değiştirme projesinde, binada zaten hidronik fan coil üniteleri bulunmaktadır.
İyi haber şu ki:
Mevcut fan coil'lerin otomatik olarak değiştirilmesi gerekmez.
Ancak performansları yeni çalışma sıcaklıklarında doğrulanmalıdır.
Fan coil kapasitesi, serpantinlere giren su ile oda havası arasındaki sıcaklık farkına büyük ölçüde bağlıdır. Bu nedenle, su sıcaklığının düşürülmesi genellikle ısıtma çıktısını azaltır. Üretici performans tabloları mevcut olduğunda kullanılmalıdır. (Caleffi S.p.a.)
Örneğin, orijinal olarak tasarlanmış bir fan coil:
Kazan sistemi
70°C besleme / 60°C dönüş
şu şekilde çalıştırıldığında önemli ölçüde daha az ısı sağlayabilir:
Isı pompası sistemi
45°C besleme / 40°C dönüş.
Bu nedenle doğru soru şu değildir:
“Bir fan coil 45°C su ile çalışabilir mi?”
Şudur:
“Bu fan coil, mevcut hava akışı ve su akışı koşulları altında 45°C su ile gerekli oda ısıtma kapasitesini sağlayabilir mi?”
Bu ayrım son derece önemlidir.
Fan coil sistemlerinin ısı pompası tadilat projelerinde bir büyük avantajı vardır:
Aynı terminal genellikle hem ısıtma hem de soğutma sağlayabilir.
Kışın:
Hava kaynaklı ısı pompası → sıcak su → fan coil → mahal ısıtması
Yazın:
Hava kaynaklı ısı pompası → soğuk su → fan coil → mahal soğutması
Bu, fan coil'leri oteller, ofisler, okullar, apartmanlar ve yıl boyunca HVAC gerektiren ticari binalar için özellikle cazip hale getirir.
Ancak, soğuk su kullanıldığında, fan coil ve boru sistemi de uygun yalıtım ve yoğuşma drenajı dahil olmak üzere yoğuşma kontrolü için tasarlanmalıdır.
Modern hidronik tasarım kılavuzları, fan coil'leri hava-su ısı pompaları için kullanışlı ısı yayıcılar olarak da tanır, özellikle düşük su sıcaklıkları için yeterince büyük ısı değiştirici yüzeylerle tasarlandığında. (Caleffi S.p.a.)
Zorunlu değil.
Hidronik bir devrede ısı transferini yöneten temel ilişki şudur:
Burada:
Q = ısı transfer oranı
ṁ = su kütle akış hızı
Cp = özgül ısı kapasitesi
ΔT = besleme-dönüş su sıcaklığı farkı
Bu denklem, kazan ve ısı pompası hidronik sistemleri arasındaki en önemli farklardan birini açıklar.
Aynı ısı transfer oranı için:
Bu nedenle, tasarım ΔT küçüldükçe, gerekli su akışı artar. (Caleffi S.p.a.)
Basit bir örnek düşünün.
Bir sistemin şunları transfer etmesi gerekir:
Su için uygun bir metrik yaklaşım şudur:
Bu nedenle:
Bu nedenle, ΔT'yi 10°C'den 5°C'ye düşürmek yaklaşık olarakgerekli su akışını iki katına çıkarır.
Bu, bir kazanı bir ısı pompasıyla değiştirdiğinde, ısıtma kapasitesi doğru hesaplanmış olsa bile neden hidrolik sorunlar yaratabileceğini açıklar.
Mevcut boru, ısı pompası akışı için basitçe çok küçük olabilir.
Yaygın bir tepki şudur:
“Akış düşükse, sadece daha büyük bir sirkülasyon pompası takın.”
Bazen işe yarar.
Bazen başka bir sorun yaratır.
Pompa basma yüksekliğini artırmak, yetersiz boru tesisatını sonsuza kadar telafi edemez. Aşırı hız şunlara neden olabilir:
artmış basınç düşüşü;
daha yüksek pompa elektrik tüketimi;
akış gürültüsü;
vana gürültüsü;
erozyon riski;
kötü hidrolik dengeleme;
uzak dallarda yetersiz akış.
Bu nedenle doğru prosedür şudur:
Gerekli termal kapasite → gerekli su akışı → boru basınç düşüşü → mevcut pompa basma yüksekliği → sirkülasyon pompası seçimi
pompayı bağımsız olarak seçmek yerine.
Tüm mevcut hidronik boruların değiştirilmesi, bir tadilatı son derece pahalı ve rahatsız edici hale getirebilir.
Bu nedenle, mühendisler öncelikle mevcut ağın hala kullanılıp kullanılamayacağını araştırmalıdır.
Kontrol edin:
ana boru çapı;
dal boru çapı;
boru uzunluğu;
bağlantı parçaları ve vana basınç kaybı;
mevcut pompa eğrisi;
mevcut diferansiyel basınç;
gerekli ısı pompası akışı;
izin verilen su hızı;
hidrolik denge.
Mevcut boru tesisatı, kabul edilebilir basınç kaybı ve hızda gerekli akışı taşıyabiliyorsa, değiştirilmesine gerek olmayabilir.
Bu, tadilat maliyetini düşürmek için en büyük fırsatlardan biridir.
Mevcut hidronik yerden ısıtma, geleneksel radyatörlerden bile daha uygun olabilir.
Neden?
Çünkü yerden ısıtma çok büyük bir ısı yayan yüzey kullanır.
Daha büyük bir ısı transfer alanı, binanın nispeten düşük su sıcaklıkları kullanılarak ısıtılmasını sağlar.
Bu tam olarak bir ısı pompasının tercih ettiği şeydir.
Modern ısı pompası tasarım kılavuzları, iyi tasarlanmış yerden ısıtmayı hava-su ısı pompaları için özellikle uygun olarak tanımlar çünkü gerekli oda ısı çıktısını nispeten düşük besleme suyu sıcaklıklarında sağlayabilir, bu da ısı pompası verimliliğini artırır. (Caleffi S.p.a.)
Tipik düşük sıcaklıkta ısıtma işlemi şunlar civarında olabilir:
30–35°C besleme suyu
veya
35–40°C besleme suyu
bina yüküne, zemin yapısına, boru aralığına, zemin kaplamasına ve dış koşullara bağlı olarak.
Gerçek tasarım sıcaklığı her zaman varsayılan yerine hesaplanmalıdır.
Mevcut zemin ısıtma devresi, ısı pompasının gerektirdiğinden daha büyük bir besleme-dönüş sıcaklık farkı için tasarlanmış olabilir.
Eski zemin devresinin şunlarda çalıştığını varsayalım:
ancak ısı pompası yaklaşık olarak şunları gerektirir:
Aynı ısıtma kapasitesi için, ısı pompası tarafı yaklaşık iki kat su akışı gerektirir.
Bu şunlar arasında bir uyumsuzluk yaratabilir:
Isı pompası gerekli akışı
ve
mevcut UFH devresi akış kapasitesi.
Bu, tüm zemin ısıtma borularının değiştirilmesi gerektiği anlamına gelmez.
Bunun yerine, hidrolik sistemin doğru şekilde yeniden tasarlanması gerekir.
Etkili bir çözüm, ısı pompası devresini bina dağıtım devresinden hidrolik olarak ayırmaktır.
Tipik bir düzen şöyledir:
Isı Pompası → Birincil Pompa → Tampon Tank / Hidrolik Ayırıcı → İkincil Pompa → Mevcut UFH veya Fan Coil Sistemi
Bu, ısı pompası devresinin ısı pompası tarafından gereken akışı korumasını sağlarken, mevcut bina devresinin farklı bir akış hızında çalışmasına olanak tanır.
Bu özellikle şu durumlarda kullanışlıdır:
birden fazla ısıtma bölgesi bağımsız olarak açılıp kapanır;
mevcut dağıtım akışı ısı pompası akışından farklıdır;
birden fazla ısı pompası kaskatta çalışır;
hem fan coil hem de yerden ısıtma kullanılır;
minimum ısı pompası sistemi hacmi korunmalıdır;
buz çözme işlemi depolanmış termal enerji gerektirir.
Hidrolik ayrım, birincil ve ikincil sirkülatörlerin kararlı ancak potansiyel olarak farklı akış hızlarında çalışmasına olanak tanır. (Caleffi S.p.a.)
Radyatörler daha dikkatli bir değerlendirme gerektirir.
Birçok eski kazan sistemi nispeten yüksek su sıcaklıkları etrafında tasarlanmıştır.
Bu nedenle, çok daha düşük su sıcaklığında çalışan bir ısı pompası yetersiz radyatör çıktısı üretebilir.
Olası çözümler şunları içerir:
radyatör boyutunu artırmak;
ek radyatörler eklemek;
fan destekli radyatörler takmak;
bina yalıtımını iyileştirmek;
bina ısı kaybını azaltmak;
düşük sıcaklıklı fan coil'ler kullanmak;
gerekli olduğunda daha yüksek çıkış suyu sıcaklığına sahip bir ısı pompası seçmek.
Amaç hala şu olmalıdır:
Bina ısı yükünü karşılayabilen en düşük pratik besleme suyu sıcaklığını kullanın.
Daha düşük gerekli su sıcaklığı genellikle bir hava-su ısı pompasının daha yüksek COP'de çalışmasına izin verir. (Caleffi S.p.a.)
Bir tadilattan sonra, toplam sistem akışı doğru olabilir ancak bazı odalar hala yetersiz ısıtma alabilir.
Neden?
Çünkü su en az hidrolik dirence sahip yolu izler.
Kısa devreler aşırı akış alabilirken uzun devreler aç kalabilir.
Bu nedenle, tadilat devreye alma şunları içermelidir:
dal dengeleme;
manifold akış ayarı;
diferansiyel basınç doğrulama;
pompa hızı ayarı;
besleme/dönüş sıcaklığı ölçümü;
terminal akış doğrulaması.
Paralel hidronik devreler, bireysel dalların bağımsız olarak dengelenebilmesi ve kontrol edilebilmesi nedeniyle özellikle kullanışlıdır. (Caleffi S.p.a.)
Mühendislik projeleri için süreç şu şekilde özetlenebilir:
Adım 1 — Bina yükünü hesaplayın
Tasarım ısıtma ve, gerekiyorsa, soğutma yüklerini belirleyin.
↓
Adım 2 — Tasarım dış koşulları belirleyin
Yerel kış ve yaz tasarım sıcaklıklarını kullanın.
↓
Adım 3 — Isı pompası kapasitesini seçin
Gerekli dış sıcaklık ve çıkış suyu sıcaklığında gerçek ısıtma/soğutma çıktısını kontrol edin.
↓
Adım 4 — Gerekli besleme suyu sıcaklığını belirleyin
Mevcut fan coil, radyatör veya yerden ısıtmayı değerlendirin.
↓
Adım 5 — Gerekli su akışını hesaplayın
Şunu kullanın:
↓
Adım 6 — Mevcut boru tesisatını kontrol edin
Çapı, basınç kaybını ve izin verilen hızı doğrulayın.
↓
Adım 7 — Sirkülasyon pompalarını seçin
Tasarım akışını ve hesaplanan sistem direncini kullanın - yalnızca boru çapını değil.
↓
Adım 8 — Hidrolik ayrımın gerekli olup olmadığına karar verin
Tampon tankları, hidrolik ayırıcıları ve birincil-ikincil pompalama sistemlerini düşünün.
↓
Adım 9 — Dengeleyin ve devreye alın
Çalışma koşulları altında gerçek akışı, besleme sıcaklığını, dönüş sıcaklığını ve ΔT'yi ölçün.
Tasarım ısıtma yükü 500 kW olan ticari bir bina düşünün:
Isı pompası sistemi şunlar etrafında tasarlanmışsa:
o zaman:
Bu, ana hidronik devrenin tasarım koşulları altında yaklaşık86 m³/saattaşıyabilmesi gerektiği anlamına gelir.
Mevcut kazan devresi şunlar etrafında tasarlanmışsa:
önceki tasarım akışı yalnızca şunlar olabilir:
Bu nedenle yeni ısı pompası kabacatasarım su akışının iki katını.
Bu tek hesaplama, mühendise neyin araştırılması gerektiğini hemen söyler:
Mevcut boru ağı ve pompaları artan akışı kaldırabilir mi?
Evet ise, orijinal sistemin çoğu kalabilir.
Hayır ise, hidrolik modifikasyon gereklidir.
Başarılı bir tadilat, üç sistemin birbirine uymasını gerektirir:
Isı pompası gerçek dış koşullar altında yeterli kapasite sağlamalıdır.
Borular ve pompalar yeterli su akışı sağlamalıdır.
Fan coil, radyatör veya yerden ısıtma, seçilen su sıcaklığında yeterli oda çıktısı sağlamalıdır.
Bu üçünden herhangi biri yanlış tasarlanırsa, sistem şunları yaşayabilir:
yetersiz ısıtma → yüksek su sıcaklığı → düşük COP → daha yüksek elektrik tüketimi → kötü müşteri deneyimi.
Bu nedenle ısı pompası tadilatları, yalnızca bir ekipman değişimi yerine her zamantam bir hidronik sistem mühendislik projesiolarak ele alınmalıdır.
Bazen, ancak mevcut sistem öncelikle ısı yükü, gerekli su sıcaklığı, terminal çıktısı, su akışı, boru çapı ve sirkülasyon pompası kapasitesi açısından kontrol edilmelidir. Hidrolik analiz olmadan doğrudan birebir değişim, düşük performansa neden olabilir.
Evet, birçok durumda. Ancak, ısıtma kapasiteleri, ısı pompası çalışmasıyla normalde ilişkilendirilen daha düşük su sıcaklıklarında kontrol edilmelidir. Üretici performans verileri mevcut olduğunda kullanılmalıdır.
Genellikle evet. Hidronik yerden ısıtma, ısı pompaları için özellikle uygundur çünkü büyük yayıcı alanı nispeten düşük besleme suyu sıcaklıklarına izin verir.
Isı transferi hem su akışına hem de besleme-dönüş sıcaklık farkına bağlıdır. ΔT azaldığında, aynı miktarda ısıyı transfer etmek için su akışının artması gerekir.
Zorunlu değil. Mevcut boru tesisatı, yeni gerekli akış ve basınç düşüşüne karşı hidrolik olarak kontrol edilmelidir. Kabul edilebilir akış, aşırı hız veya pompa basma yüksekliği olmadan elde edilebiliyorsa, borular kalabilir.
Sistem tasarımına bağlıdır. Isı pompası ve bina devreleri farklı akış hızları gerektirdiğinde, birden fazla bölge sık sık kapandığında, ek sistem hacmi gerektiğinde veya kararlı buz çözme işlemi gerektiğinde bir tampon tankı veya hidrolik ayırıcı faydalı olabilir.
Her ikisi de çok iyi çalışabilir. Yerden ısıtma mükemmel düşük sıcaklıkta ısıtma verimliliği sunarken, fan coil'ler hem ısıtma hem de soğuk su soğutması sağlayabilir. En iyi seçim, bina tipine, ısıtma/soğutma talebine ve mevcut dağıtım altyapısına bağlıdır.
Bir kazanı hava kaynaklı bir ısı pompasıyla değiştirmek öncelikle aynı kW derecesine sahip bir ısı pompası bulma sorunu değildir.
Gerçek mühendislik sorusu şudur:
Isı pompası, hidronik dağıtım sistemi ve mevcut ısı yayıcılar, gerekli su sıcaklığı, akış hızı ve tasarım yükünde birlikte çalışabilir mi?
Bu nedenle profesyonel bir tadilat, bina yükü hesaplamasıyla başlar, ardından ısı pompası performans seçimi, terminal doğrulaması ve hidrolik analiz gelir.
Mevcut fan coil ve yerden ısıtma sistemleri genellikle korunabilir, bu da tadilat maliyetini önemli ölçüde azaltabilir. Ancak bu, yalnızca mühendisler dikkatlice doğruladığında mümkündürsu sıcaklığı, ΔT, akış hızı, boru basınç düşüşü, sirkülasyon pompası performansı ve terminal kapasitesi.
Bu unsurlar doğru şekilde eşleştirildiğinde, kazan tabanlı bir hidronik sistemi hava-su ısı pompasına dönüştürmek, tüm dağıtım sistemini gereksiz yere yeniden inşa etmeden verimli ısıtma, soğutma ve uzun vadeli enerji tasarrufu sağlayabilir.
Yukarıdaki denklemler ve örnekler, ön mühendislik anlayışı için tasarlanmıştır. Nihai ekipman seçimi, her zaman projeye özel ısı kaybı/ısı kazancı hesaplamaları, yerel tasarım hava durumu verileri, hidrolik hesaplamalar ve ısı pompası/fan coil üreticisinin sertifikalı performans verileri kullanılmalıdır.
Wotech – Profesyonel Hava Kaynaklı Isı Pompası Çözümleri
Düşük sıcaklıkta ısıtma, fan coil ve yerden ısıtma uygulamaları dahil olmak üzere konut, ticari ve OEM hava-su ısı pompası çözümleri için şu adresi ziyaret edin: