Bir hava-su ısı pompası sisteminin tasarlanmasında, en önemli kararlardan biri ısı pompasının binanın ısıtma ve soğutma terminallerine hidrolik olarak nasıl bağlanması gerektiğidir.

Nispeten basit kurulumlar için,Birincil veya doğrudan hidrolik sistemBununla birlikte, bir proje, zemin ısıtması, radyatörler ve fan sarmal üniteleri gibi birkaç tip terminal ünitesini içerdiğinde, hidrolik gereksinimler çok daha karmaşık hale gelir.

İşte burada.ikincil hidrolik sistem, tipik olarak bir tampon tankı ve iki dolaşım pompası kullanan, özellikle yararlı hale gelir.

Ama her ısı pompası kurulumunun ikincil bir sisteme ihtiyacı var mı?

- Kesinlikle değil.

İkincil bir hidrolik sistem daha iyi hidrolik istikrar, daha fazla esneklik ve daha iyi ısı pompası çalışma koşullarını sağlar.Pompalama enerji tüketimi, kurulum karmaşıklığı ve potansiyel ısı kaybı.

Bu karşılaştırmaları anlamak, verimli bir hava-kaynak ısı pompası sistemi tasarlamak için çok önemlidir.

1İkincil Hidronik Sistem Nedir?

Tipik bir ikincil hidrolik sistem, su devresini iki hidrolik döngüye ayırır.

İlk döngü,ısı pompası birincil devre:

Isı Pompası → tampon tankı → Isı pompası

İkinci döngü,bina yük devre:

Buffer tank → Dolaşım pompası → Isıtma/soğutma terminalleri → Buffer tank

Bu nedenle tampon tankı, ısı kaynağı ve bina yükü arasındaki ortak bağlantı rolünü oynar.

Doğrudan bir sistemin aksine, ısı pompası dolaşım pompası, bina dağıtım sisteminin gerektirdiği tüm su akışını sağlamak zorunda değildir.

Bu, birincil ve ikincil hidrolik tasarımlar arasındaki en önemli farklılıklardan biridir.

2Sıcaklık pompası sistemlerine neden hidrolik ayrım gerekiyor?

Sıcaklık pompası ve bina terminalleri her zaman aynı su akışını gerektirmez.

Aşağıdakilerle donatılmış bir bina düşünün:

• Radyatörler

• Fan bobini birimleri

• Yer ısıtma

Her terminal farklı su sıcaklıkları, sıcaklık farklılıkları (ΔT), akış hızları, kontrol valfleri ve çalışma programları ile çalışabilir.

Örneğin, tipik tasarım koşulları yaklaşık olarak şöyle görünebilir:

Bu rakamlar evrensel kurallar yerine tasarım referanslarıdır; gerçek değerler her zaman terminal seçimini ve proje ısı yükü hesaplamasını takip etmelidir.

Temel mühendislik sorunu basit:

Sıcaklık pompasının gerektirdiği akış, terminal sisteminin gerektirdiği akışla eşit olmayabilir.

İkincil bir hidrolik devre, bu iki hidrolik gereksinimi ayırmaya yardımcı olur.

İkincil Hidronik Sistemin Avantajları

31. Avantaj: Daha istikrarlı ısı pompası su akışı

Sıcaklık pompaları normalde ısı değiştiriciden minimum su akışını gerektirir.

Bununla birlikte, doğrudan bir sistemde, oda termostatları, bölge valfleri, termostatik radyatör valfleri veya fan sarmal kontrol valfleri sistem akışını sürekli olarak değiştirebilir.

Sekiz ısıtıcı bölgesi olan bir evi düşünün.

Sekiz bölgenin hepsi açıkken, su akışı yeterli olabilir.

Ama altı bölge ayarlanmış sıcaklıklarına ulaştığında ve valflerini kapattığında, sadece iki bölge aktif kalır.

Sistem direnci çarpıcı bir şekilde değişir ve ısı pompasından geçen akış önerilen çalışma aralığının altına düşebilir.

Bu, aşağıdaki gibi sorunlara yol açabilir:

• Yetersiz su akışı alarmları

• Aşırı besleme/geri dönüş sıcaklık farkı

• Yüksek yoğunlaşma basıncı

• Düşük ısıtma kapasitesi

• Kompresörün istikrarsız çalışması

• Sık sık bisiklet sürmek

İkincil bir sistem bu etkileşimi azaltır çünkü ısı pompasının kendi özel dolaşım döngüsü vardır.

Mühendislik dersleri

Isı pompası, bina tarafındaki akış değişikliği olduğunda bile daha öngörülebilir bir hidrolik ortam görür.

Dönüştürücü ısı pompaları için, bu özellikle değerli olabilir, çünkü istikrarlı su koşulları kompresör modülasyon stratejisinin daha etkili çalışmasına yardımcı olur.

42. Avantaj: Çoklu terminal türleriyle daha iyi uyumluluk

Modern bir hidrojenik ısıtma sistemi birkaç farklı tipte terminal içerebilir.

Örneğin:

Isı pompası → tampon tankı → radyatörler + fan bobinleri + zemin ısıtması

Bu terminaller nadiren tam olarak aynı akış ve su sıcaklığını gerektirir.

Yer altı ısıtması genellikle nispeten düşük su sıcaklıklarında çalışırken, geleneksel radyatörler önemli ölçüde daha yüksek sıcaklıklar gerektirebilir.Fan bobinleri hem ısıtma hem de soğutma modlarında çalışabilir ve genellikle nispeten küçük bir su tarafı ΔT kullanır.

İkincil bir sistem, aşağıdakileri kullanarak ayrı dağıtım şubelerinin oluşturulmasını kolaylaştırır:

• Bağımsız dolaşım pompaları

• Karıştırma valfleri

• Bölge valfleri

• Çeşitli

• Sıcaklık denetimleri

• Farklı basınç kontrolü

Bu, tasarım esnekliğini önemli ölçüde artırır.

53. avantaj: tampon tankı ısı inerjisi sağlar.

Birçok ikincil ısı pompası sisteminde en önemli bileşenlerden biritampon tankı.

Su, önemli bir ısı depolama kapasitesine sahiptir.

Bu nedenle bir tampon tankı, hidronik sistemin toplam su hacmini arttırır ve termal inersiyi artırır.

Saklanan ısı enerjisi aşağıdakilerle yaklaşılabilir:

Q = m × Cp × ΔT

Nerede:

• Q= depolanan ısı enerjisi

• m= su kütlesi

• Cp= suyun özel ısı kapasitesi

• ΔT= kullanılabilir sıcaklık farkı

Pratik HVAC hesaplamaları için:

1 litre su, her 1°C sıcaklık değişikliği için yaklaşık 1.16 Wh depolar.

Bu nedenle, kullanılabilir 5 K sıcaklık aralığında çalışan 200 L tampon tankı yaklaşık olarak:

200 × 1,16 × 5 ≈ 1,16 kWh

Bu, bir tampon tankının bir enerji kaynağı olduğu anlamına gelmez.

Sadece enerjiyi geçici olarak depolar ve daha sonra serbest bırakır.

Bu fark önemli.

64. Avantaj: Düşük Sıcaklık Pompası Kısa Döngüler

Kısa döngü, bir ısı pompası çalıştırıldığında, hedef sıcaklığa hızlı bir şekilde ulaştığında, durduğunda ve kısa bir süre sonra yeniden başladığında ortaya çıkar.

Bu sıklıkla şu durumlarda görülür:

Sıcaklık pompasının minimum çıkışı > Mevcut bina ısısı talebi

Örneğin, bir inverter ısı pompasının 5 kW'a kadar modüle edilebileceğini varsayalım, ancak bina şu anda sadece 2 kW'a ihtiyaç duyuyor.

Yeterli sistem su hacmi olmadan, besleme suyunun sıcaklığı hızla yükselebilir.

Kontrolör hedef sıcaklığına ulaşır ve kompresörü durdurur.

Binanın ısı çekmeye devam etmesi, su sıcaklığının düşmesi ve kompresörün yeniden çalışması.

Sonuç şu olabilir:

Başlangıç → Durma → Başlangıç → Dur → Başlangıç

Kompresörün tekrarlanan döngüsü:

• Mevsimsel verimliliği azaltmak

• Elektrik tüketimini arttırın

• Kompresör başlatma artır

• Bileşen aşınmasını arttırmak

• İçeride istikrarsız sıcaklıklara neden olur.

Düzgün boyutlu bir tampon tankından ek su hacmi, su sıcaklığının değişimini yavaşlatır.

Bunun yerine:

45°C → 50°C çok hızlı

Sistemin kontrol sınırına ulaşması çok daha uzun sürebilir.

Bu, ısı pompasına daha uzun bir çalışma döngüsü verir.

75. Avantaj: Kısmi yükleme sırasında daha iyi hidrolik istikrar

Binalar nadiren sürekli olarak %100 ısıtma talebiyle çalışır.

Örneğin bahar ve sonbahar aylarında, binanın sadece bir kısmının ısıtılmasına ihtiyaç duyabilir.

Bazı odalar ayarlanmış sıcaklıklara ulaşırken diğerleri hala ısıya ihtiyaç duyar.

Bu değişken akış koşulunu yaratır.

Bir ikincil devre, bina tarafı pompasının bu değişen talebe yanıt vermesini sağlarken, ısı pompası tarafı devre, ısı pompası tarafından gerekli akışı korur.

Bu hidrolik ayrım tüm sistemi kontrol etmeyi kolaylaştırabilir.

8Avantaj #6: Karmaşık HVAC projeleri için daha fazla esneklik

İkincil sistemler, proje aşağıdakileri içerdiğinde özellikle yararlıdır:

Sıcaklık pompası + tampon tankı + birden fazla ısıtma bölgesi + fan bobinleri + radyatörler + zemin ısıtması

Ayrıca şunlar için de yararlıdırlar:

• Büyük konut binaları

• Oteller

• Ticari binalar

• Okullar

• Birden fazla ısıtma bölgesi olan villalar

• Ardından onarım projeleri

• Hibrit radyatör/yer ısıtma sistemleri

• Birden fazla terminal türüne sahip ısıtma ve soğutma sistemleri

Bu projelerde, ek hidrolik karmaşıklık genellikle daha iyi kontrol edilebilirlik ile haklı çıkar.

İkincil Hidronik Sistemin dezavantajları

İkincil bir sistem otomatik olarak daha verimli değildir.

Bu kritik bir nokta.

Daha fazla bileşen hidrolik sorunları çözebilir, ancak her ek bileşen de maliyet ve potansiyel enerji kaybı getirir.

91. dezavantaj: Ek bir dolaşım pompası gereklidir

Tipik bir doğrudan sistem, bir ana dolaşım pompasıyla çalışabilir.

Bir ikincil sistem normalde en az iki şeye ihtiyaç duyar:

Pompa 1:Isı pompası ️ tampon tankı

2. pompa:Buffer tank ️ Bina terminalleri

Ek ısıtma bölgeleri daha fazla pompa gerektirebilir.

Her dolaşım pompası elektrik tüketir.

Bu yüzden:

Bir ikincil sistem, aynı zamanda yardımcı elektrik tüketimini arttırırken ısı pompasının çalışma istikrarını artırabilir.

Bu nedenle sistem, sadece ısı pompasının COP'si değil, toplam mevsimsel enerji tüketimi temelinde değerlendirilmelidir.

Değişken hız kontrolü ile yüksek verimli ECM dolaşım pompaları genellikle tercih edilir.

102. dezavantaj: Daha yüksek başlangıç maliyeti

Basit bir doğrudan bağlantı ile karşılaştırıldığında, bir ikincil sistem aşağıdakileri gerektirebilir:

• tampon tankı

• Ek dolaşım pompası

• Daha fazla boru işi.

• Daha fazla yalıtım valfi

• Kontrol valfleri

• Sensörler

• Genişleme aksesuarları

• Karıştırma valfleri

• Ek kontroller

• Daha fazla kurulum işçisi

Bu, proje başlangıç maliyetini arttırır.

Basit bir zemin ısıtma döngüsüne sahip küçük bir konut tesisi için, ek karmaşıklık her zaman yeterli fayda sağlamayabilir.

Bununla birlikte, çok bölgelik büyük bir proje için, ek maliyet haklı olabilir.

113. dezavantaj: Ek ısı kaybı

Bir tampon tankı tamamen yalıtılmamıştır.

İkincil devre için gerekli olan ek borular, valfler ve armatürler de yok.

Bu nedenle, ısı aşağıdakilerden kaybolabilir:

• tampon tank duvarları

• Dağıtım boruları

• Valf ve ekipmanları

• Pompa vücutları

• Mekanik odalar

İyi yalıtım bu kayıpları en aza indirebilir, ancak tamamen ortadan kaldıramaz.

Bu, tampon deposunun koşulsuz bir alana monte edildiğinde özellikle önemlidir.

124. dezavantaj: Kötü hidrolik tasarımı ısı pompasının verimliliğini azaltabilir

Bir tampon tankının eklenmesi otomatik olarak iyi bir sistem yaratmaz.

Birincil ve ikincil akış hızlarının dengelenmemesiyle ortak bir sorun ortaya çıkar.

Bırakalım:

Vp = birincil ısı pompası akışı

Vs = ikincil bina akışı

Eğer:

Vp > Vs

Sıcak kaynak suyunun bir kısmı doğrudan tampon tankından ısı pompasına geri dönebilir.

Eğer:

Vs > Vp

Sıcak bir geri dönüş suyu ikincil kaynağa karışabilir.

Bu fenomen bazenHidrolik karıştırma.

Aşırı karıştırma, terminallere teslim edilen suyun sıcaklığını değiştirebilir ve ısı pompasını daha yüksek bir çıkış suyu sıcaklığında çalışmaya zorlayabilir.

Isı pompasının verimliliği genellikle gerekli su sıcaklığının artmasıyla azalır, kötü hidrolik tasarım COP'yi azaltabilir.

135. dezavantaj: Kontrol daha karmaşık hale gelir

Doğrudan bir sistem nispeten basittir.

Sıcaklık pompası su sıcaklığını izler ve bir ana hidrolik devreyi kontrol eder.

Bir ikincil sistem aşağıdakileri içerebilir:

• Sıcaklık pompası denetleyici

• Birincil dolaşım pompası

• İkincil dolaşım pompası

• tampon tankı sensörü

• Oda termostatları

• Bölge valfleri

• Karıştırma valfi

• Hava durumu tazminatı

• Fan bobini kontrolü

• Yeraltı ısıtma kontrol cihazları

Bu bileşenler birlikte düzgün çalışmalıdır.

Kötü bir kontrol mantığı, pompaların gereksiz yere çalışması veya gerçek ısıtma talebi az olduğunda ısı pompasının çalışması durumları yaratabilir.

Bu yüzden,Kontrol stratejisi hidrolik tasarım kadar önemlidir.

14Bir ısı pompası için her zaman bir tampon tankı gerekli midir?

- Hayır, hayır.

Bu, havadan suya ısı pompası tasarımında en yaygın yanlış anlamalardan biridir.

Bir tampon tankı belirli bir mühendislik problemini çözmelidir.

Bu, aşağıdaki durumlarda yararlı olabilir:

• Sistem su hacmi yetersiz

• Çoklu ısıtma bölgeleri sık sık açılır ve kapanır

• Diğer türlü en düşük ısı pompası akışı garanti edilemez.

• Isı pompasının minimum çıkışı sık kısmi yük talebini aşar

• Birkaç terminal tipi hidrolik ayrım gerektirir

• Dondurma işlemi yeterli su hacmini gerektirir.

• Birincil ve ikincil akış gereksinimleri önemli ölçüde farklıdır

Bununla birlikte, sistem zaten yeterli su hacmi, istikrarlı akış, uygun bölgeleşme ve iyi ısı pompası modülasyonu sağlıyorsa, büyük bir tampon tankı fazladan az fayda sağlayabilir.

15Daha büyük tampon tankları her zaman daha iyi değildir.

Başka bir yaygın yanlış anlama ise:

100 litre iyiyse, 500 litre daha iyi olmalı.

Bu mutlaka doğru değil.

Büyük bir tampon tankı şunları yapabilir:

• Sistem maliyetini artırmak

• Sıcaklık kaybını arttır

• Sistem suyunun hacmini gereksiz yere arttırmak

• Isınma süresini artırın.

• Daha fazla kurulum alanı gerektirir

• Kontrol tepkisini azaltmak

Bu nedenle tampon tankının boyutları alışkanlık olarak seçilmek yerine hesaplanmalıdır.

Doğru hacim aşağıdaki faktörlere bağlıdır:

• Isı pompası kapasitesi

• Minimum modülasyon kapasitesi

• Kompresörün minimum çalışma süresi

• Bina minimum ısı talebi

• Sistem su hacmi

• İzin verilen sıcaklık dalgalanması

• Dondurma gereksinimleri

• Üreticinin su hacmine ilişkin minimum gereksinimleri

Basitleştirilmiş bir mühendislik ilişkisi:

V ≈ Q × t / (ρ × Cp × ΔT)

Gerekli hacim istenen minimum çalışma süresi boyunca emilecek olan ısı dengesizliği ile ilişkilidir.

Pratik tasarımda, ısı pompası üreticisinin hidrolik gereksinimleri her zaman öncelikli olmalıdır.

16Birincil ve ikincil ısı pompası sistemi

Her iki tasarım da evrensel olarak daha iyi değil.

Doğru seçim bina ve işletme koşullarına bağlıdır.

17Uygulanabilir Bir Örnek

Havadan suya ısı pompası kullanan bir evi düşünün:

Bölge A:Yer ısıtma
Bölge B:Radyatörler
Bölge C:Fan bobini birimleri

Kışın, üç bölge de çalışabilir.

Hafif havalarda, sadece zemin ısıtması ısıya ihtiyaç duyabilir.

Yaz aylarında, soğutma için sadece fan bobinleri çalıştırılabilir.

Dolayısıyla sistem akışı yıl boyunca önemli ölçüde değişir.

İkincil bir hidronik tasarım, ısıl pompanın, ikincil dağıtım sisteminin bina talebine bağımsız bir şekilde yanıt verdiği sırada istikrarlı bir birincil akış sürdürmesini sağlayabilir.

Tipik bir yapılandırma şunlar olabilir:

Hava kaynaklı ısı pompası
↓
Birincil dolaşım pompası
↓
tampon tankı
↓
İkincil pompa / dağıtım manifold
↓
Radyatörler + Fan Bobinleri + Yere ısıtma

Zemin ısıtma devresinde, gerekli besleme sıcaklığı diğer terminallerden daha düşükse karıştırma düzenlemesi de gerekli olabilir.

Bu nedenle, daha karmaşık ısı pompası projelerinde ikincil hidrolik sistemler yaygındır.

18En önemli tasarım prensibi.

İkincil bir sistemin amacı sadece bir tampon tankı eklemek değildir.

Gerçek amacı, aşağıdaki ilişkileri yönetmektir:

Isı Kaynağı ️ Su Akışı ️ Isı Depolama ️ Bina Yükü

İyi tasarlanmış bir sistem bu dört unsuru dengede tutar.

Sıcaklık pompası, binanın şu anda tükettiğinden daha fazla ısı üretirse, sistemin hızlı bir sıcaklık artışını ve kompresörün kapanmasını önlemek için yeterli ısı kapasitesine ve kontrol mantığına ihtiyacı vardır.

Eğer bina, ısı pompasının şu anda ürettiğinden daha fazla ısı gerektiriyorsa, sistemdeki depolanan ısı, su sıcaklığının düşme hızını geçici olarak azaltabilir.

Bu ısı inersi, anlık ısı pompası çıkışı ile bina talebi arasındaki uyumsuzluğu düzeltmeye yardımcı olur.

Bununla birlikte, ısı depolaması enerji yaratmaz.

Sonuçta:

Sıcaklık pompası tarafından üretilen ısı = Bina'ya verilen ısı + Sistem Kayıpları ± Depolanan ısı enerjisinin değişimi

Bu enerji dengesi hidronik ısı pompasının tasarımının temelidir.

Sonuç: İkinci bir hidrolik sistemi ne zaman seçmelisiniz?

Bir hava kaynağı ısı pompası, değişken su akışı, birden fazla ısıtma bölgesi veya farklı terminal üniteleri olan karmaşık bir binaya hizmet verdiğinde ikincil bir hidrolik sistem mükemmel bir çözüm olabilir.

En büyük avantajları şunlardır:

istikrarlı ısı pompası akışı, hidrolik ayrım, sistem su hacminin artması, kısa döngülerin azaltılması ve daha iyi çok bölge esnekliği.

Ana dezavantajları şunlardır:

Daha yüksek başlangıç maliyeti, ek pompa elektriği, daha fazla kurulum karmaşıklığı, ek ısı kaybı ve sistem kötü tasarlanmışsa hidrolik karıştırma olasılığı.

Bu nedenle mühendislik sorusu şu şekilde olmamalı:

Her ısı pompasında bir tampon tankı olmalı mı?

Daha iyi bir soru:

Bu özel sistemin istikrarlı ve verimli bir ısı pompası çalışmasını sürdürmek için hidrolik ayrıma veya ek termal kütleye ihtiyacı var mı?

Bu soru daha iyi bir HVAC tasarımına yol açar.

Sık Sorulan Sorular: İkincil Hidronik Sistemler ve tampon tankları

İkincil hidrolik sistem nedir?

İkincil bir hidrolik sistem, ısı pompası devresini bina dağıtım devresinden ayırır.İki devre normalde bir tampon tankı veya başka bir hidrolik ayrım şekli ile bağlantılıdır.

Neden iki dolaşım pompası kullanılıyor?

Bir pompa, ısı pompasından gerekli su akışını sürdürürken, ikinci pompa binanın ısıtma veya soğutma terminallerini kendi akış gereksinimlerine göre besler.

Bir tampon tankı ısı pompasının verimliliğini arttırır mı?

Otomatik olarak değil. Kısa döngüleri azaltabilir ve çalışmayı istikrarlandırabilir, bu da bazı sistemlerde mevsimsel performansı artırabilir.ve ek bir pompa elektrik tüketir.

Bir ısı pompası tampon tankı olmadan çalışabilir mi?

Evet, uygun şekilde tasarlanmış birçok sistem, minimum akış, minimum su hacmi, bölgeye ayırma, çözme ve kompresör çalışma süresi gereksinimleri karşılandığı sürece bir tane olmadan da çalışabilir.

Yer ısıtması için ikincil bir sistem daha mı iyi?

Doğrudan bir bağlantı ile sabit akışa sahip basit bir zemin ısıtma sistemi genellikle iyi çalışabilir.Alt ısıtma sistemleri radyatörlerle birleştirildiğinde ikincil sistemler daha değerli hale gelir, fan bobinleri, birden fazla bölge veya farklı su sıcaklığı gereksinimleri.

Eğer tampon tankı çok büyükse ne olur?

Çok büyük bir tampon tankı, anlamlı bir verimlilik yararı sağlamadan ısı kaybını, kurulum maliyetini, alan gereksinimlerini ve sistem yanıt süresini artırabilir.