Bể giãn nở, bể đệm và bể chứa nhiệt: Phần 2 – Tại sao bể đệm lại quan trọng trong hệ thống bơm nhiệt?

Giới thiệu: Mỗi máy bơm nhiệt không khí-nước có cần bể đệm không?

Khi thiết kế hệ thống bơm nhiệt không khí-nước, các kỹ sư và người lắp đặt thường xuyên gặp phải ba bộ phận: bể giãn nở, bể đệm và bể chứa nhiệt.

Mặc dù các bộ phận này thường được lắp đặt trong các hệ thống sưởi và làm mát bằng hydronic nhưng chức năng của chúng về cơ bản là khác nhau.

Trong Phần 1 của loạt bài này, chúng tôi đã giải thích cách bể giãn nở điều chỉnh sự giãn nở nhiệt của nước và giúp duy trì áp suất hệ thống ổn định.

Trong Phần 2, chúng ta sẽ tập trung vàobể đệm, một trong những thành phần hữu ích nhất nhưng thường bị hiểu lầm trong lắp đặt máy bơm nhiệt.

Một câu hỏi phổ biến từ khách hàng và người lắp đặt là:

"Bể đệm có thực sự cần thiết cho máy bơm nhiệt không khí-nước không?"

Câu trả lời phụ thuộc vào thiết kế thủy lực, lượng nước tối thiểu của hệ thống, phạm vi điều chế bơm nhiệt, chiến lược điều khiển và điều kiện vận hành.

Một số máy bơm nhiệt biến tần hiện đại có thể hoạt động hiệu quả mà không cần bể đệm bên ngoài khi hệ thống có đủ lượng nước và tuần hoàn ổn định.

Tuy nhiên, trong nhiều hệ thống lắp đặt, đặc biệt là những hệ thống có nhiều vùng gia nhiệt, van điều nhiệt, lượng nước thấp hoặc yêu cầu điều kiện rã đông, bể đệm có kích thước phù hợp có thể cải thiện đáng kể độ tin cậy và độ ổn định vận hành của hệ thống.

Hãy xem xét nó hoạt động như thế nào.

1. Bể đệm trong hệ thống bơm nhiệt là gì?

Bể đệm là một bình chứa nước cách nhiệt được lắp đặt trong hệ thống làm mát hoặc sưởi ấm bằng hydronic để cung cấp thêm lượng nước và đệm nhiệt.

Mục đích chính của nó là ổn định hoạt động của hệ thống bằng cách giảm sự dao động nhiệt độ nhanh và, khi cần thiết, cung cấp sự phân tách thủy lực giữa bơm nhiệt và mạch phân phối.

Không giống như bể chứa nước nóng sinh hoạt, bể đệm sưởi ấm thường chứa cùng loại nước sưởi ấm vòng kín tuần hoàn qua bơm nhiệt và hệ thống sưởi ấm.

Nó không nhất thiết phải lưu trữ nước nóng có thể uống được.

Bể đệm có thể thực hiện một số chức năng quan trọng:

• Tăng lượng nước hiệu quả của hệ thống sưởi ấm.

• Giảm chu kỳ khởi động-dừng máy nén quá mức.

• Cung cấp năng lượng nhiệt trong chu kỳ rã đông bơm nhiệt.

• Hỗ trợ lưu thông ổn định và yêu cầu lưu lượng tối thiểu.

• Cung cấp sự tách biệt thủy lực khi được kết nối chính xác.

• Cải thiện khả năng kiểm soát của hệ thống có nhiều vùng sưởi ấm.

Tuy nhiên, không phải bể đệm nào cũng thực hiện tất cả các chức năng này như nhau.

Hiệu suất thực tế của nó phụ thuộc vào dung tích bể, cách bố trí kết nối, tốc độ dòng chảy, cách nhiệt và chiến lược điều khiển.

Sự khác biệt này là cần thiết cho thiết kế kỹ thuật phù hợp.

2. Chức năng thứ nhất: Ngăn chặn việc khởi động-dừng máy nén thường xuyên

Một trong những chức năng quan trọng nhất của bể đệm là giảm chu kỳ ngắn của máy nén.

2.1 Đi xe đạp ngắn bằng bơm nhiệt là gì?

Chu kỳ ngắn xảy ra khi bơm nhiệt liên tục khởi động và dừng sau khi vận hành trong thời gian tương đối ngắn.

Ví dụ, hãy tưởng tượng một máy bơm nhiệt được lắp đặt trong một hệ thống sưởi ấm dân cư nhỏ.

Hệ thống này có lượng nước tuần hoàn hạn chế và nhu cầu sưởi ấm của tòa nhà tương đối thấp.

Khi máy nén khởi động, nhiệt độ nước nhanh chóng đạt đến điểm đặt mục tiêu.

Bơm nhiệt sau đó dừng lại.

Ngay sau đó, nhiệt độ nước giảm xuống dưới ngưỡng khởi động lại khiến máy nén khởi động lại.

Quá trình này lặp lại suốt cả ngày.

Đi xe đạp thường xuyên có thể gây ra:

• Tăng độ mài mòn của máy nén và linh kiện điện.

• Căng thẳng cơ và điện liên quan đến khởi động bổ sung.

• Giảm hiệu quả hoạt động trong những điều kiện nhất định.

• Nhiệt độ nước cấp không ổn định.

• Sự thoải mái trong nhà ít có thể dự đoán được.

• Tăng yêu cầu bảo trì.

Máy bơm nhiệt biến tần hiện đại có thể điều chỉnh tốc độ máy nén để phù hợp với nhu cầu sưởi ấm, nhưng chúng vẫn có công suất sưởi tối thiểu.

Nếu nhu cầu sưởi ấm của tòa nhà giảm xuống dưới công suất tối thiểu đó thì việc luân chuyển vẫn có thể xảy ra.

2.2 Bể đệm giảm chu kỳ ngắn như thế nào?

Bể đệm làm tăng lượng nước có sẵn để hấp thụ năng lượng sưởi ấm dư thừa.

Nước có nhiệt dung riêng tương đối cao, nghĩa là nó có thể hấp thụ năng lượng nhiệt đáng kể với sự thay đổi nhiệt độ tương đối nhỏ.

Mối quan hệ là:

Q = m × c × ΔT

Ở đâu:

• Q = nhiệt năng (kJ)

• m = khối lượng nước (kg)

• c = nhiệt dung riêng của nước, xấp xỉ 4,186 kJ/(kg·K)

• ΔT = chênh lệch nhiệt độ (° C hoặc K)

Về tính toán thực tế:

Năng lượng nhiệt dự trữ (kWh) ≈ Lượng nước (L) × 1,163 × ΔT (°C) / 1.000

Ví dụ: hãy xem xét một bể đệm 200 lít hoạt động với chênh lệch nhiệt độ có thể sử dụng là 5°C.

Năng lượng nhiệt được lưu trữ:

200 × 1,163 × 5 / 1.000 =1,16 kWh

Công suất nhiệt bổ sung này làm chậm tốc độ thay đổi nhiệt độ nước.

Nhờ đó, bơm nhiệt có thể hoạt động trong thời gian dài hơn trước khi đạt đến nhiệt độ ngừng hoạt động.

Sự cải thiện chính xác phụ thuộc vào công suất tối thiểu của bơm nhiệt và nhu cầu sưởi ấm thực tế của tòa nhà.

2.3 Một ví dụ thực tế

Hãy xem xét một máy bơm nhiệt với:

• Công suất sưởi tối thiểu: 5 kW

• Nhu cầu sưởi ấm tòa nhà hiện tại: 2 kW

• Công suất sưởi vượt quá: 3 kW

• Chênh lệch nhiệt độ nước có thể sử dụng: 5°C

Nếu không có đủ lượng nước trong hệ thống, 3 kW dư thừa sẽ làm tăng nhiệt độ nước nhanh chóng.

Nếu hệ thống chỉ có 50 lít nước hoạt tính hiệu quả thì thời gian gia nhiệt theo lý thuyết liên quan đến mức tăng nhiệt độ 5°C là xấp xỉ:

50 × 1,163 × 5 / (1.000 × 3) × 60

=5,8 phút

Nếu thể tích nước hoạt động hiệu quả tăng lên 200 lít:

200 × 1,163 × 5 / (1.000 × 3) × 60

=23,3 phút

Ví dụ đơn giản này chứng minh tại sao lượng nước bổ sung có thể làm giảm tần suất đạp xe.

Thời gian chạy thực tế sẽ phụ thuộc vào cảm biến nhiệt độ, độ trễ điều khiển, trộn nước, vận hành máy bơm và thay đổi tải sưởi ấm.

2.4 Bể đệm có luôn tiết kiệm điện không?

Không nhất thiết phải như vậy.

Bể đệm được thiết kế phù hợp có thể giảm chu trình không hiệu quả và cải thiện độ ổn định khi vận hành.

Tuy nhiên, bể quá khổ hoặc cách nhiệt kém có thể gây ra tổn thất nhiệt dự phòng bổ sung.

Cấu hình bốn ống cũng có thể gây ra hiện tượng trộn nước không mong muốn, có khả năng làm tăng nhiệt độ cung cấp cần thiết của bơm nhiệt.

Vì vậy, mục tiêu không phải là lắp đặt bể đệm lớn nhất có thể.

Mục tiêu chính xác là cung cấp đủ lượng nước và độ ổn định thủy lực mà không gây ra tổn thất nhiệt không cần thiết.

3. Chức năng thứ hai: Hỗ trợ hoạt động rã đông bơm nhiệt

Hoạt động rã đông đặc biệt quan trọng đối với máy bơm nhiệt nguồn không khí hoạt động ở vùng khí hậu lạnh và ẩm ướt.

3.1 Tại sao máy bơm nhiệt nguồn không khí cần rã đông?

Trong quá trình vận hành sưởi ấm, bộ trao đổi nhiệt ngoài trời sẽ hấp thụ năng lượng từ không khí xung quanh.

Nhiệt độ bề mặt của nó có thể giảm xuống dưới 0°C ngay cả khi nhiệt độ không khí ngoài trời cao hơn mức đóng băng.

Khi có đủ độ ẩm, sương giá sẽ tích tụ trên bộ trao đổi nhiệt ngoài trời.

Sương giá hạn chế luồng không khí và giảm truyền nhiệt.

Để khôi phục hiệu suất, bơm nhiệt sẽ khởi động chu trình rã đông định kỳ.

Nhiều máy bơm nhiệt chuyển đổi không khí sang nước có thể đảo ngược sử dụng quá trình rã đông theo chu trình ngược.

Trong quá trình này, mạch làm lạnh tạm thời đảo ngược, hướng nhiệt về phía dàn lạnh ngoài trời để làm tan băng giá tích tụ.

Năng lượng cần thiết để rã đông được lấy một phần từ mạch nước và tùy thuộc vào thiết kế thiết bị, có thể được bổ sung bằng hệ thống sưởi phụ trợ.

3.2 Điều gì xảy ra khi lượng nước của hệ thống quá nhỏ?

Nếu mạch nước chứa không đủ năng lượng nhiệt, nhiệt độ nước có thể giảm nhanh trong quá trình rã đông.

Hậu quả có thể xảy ra bao gồm:

• Chu kỳ rã đông dài hơn hoặc bị gián đoạn.

• Giảm nhiệt độ nước quá mức.

• Giảm tạm thời sản lượng sưởi ấm trong nhà.

• Báo động bảo vệ nhiệt độ nước thấp.

• Tăng sự phụ thuộc vào máy sưởi điện dự phòng.

Trong những trường hợp nghiêm trọng, lượng nước hoặc lưu lượng nước không đủ có thể khiến thiết bị không thể hoàn thành trình tự rã đông một cách đáng tin cậy.

3.3 Bể đệm có tác dụng như thế nào?

Một bể đệm cung cấp thêm năng lượng nhiệt dự trữ.

Trong quá trình rã đông, năng lượng dự trữ này có thể giúp duy trì nhiệt độ nước thích hợp trong khi bơm nhiệt loại bỏ sương giá khỏi cuộn dây ngoài trời.

Ví dụ, một thể tích nước làm mát 150 lít từ 35°C đến 30°C sẽ giải phóng khoảng:

150×1,163×5/1.000

=0,87 kWh

Năng lượng dự trữ này có thể giúp hỗ trợ quá trình rã đông.

Tuy nhiên, thể tích yêu cầu phụ thuộc vào yêu cầu về năng lượng rã đông của nhà sản xuất, nhiệt độ nước tối thiểu và thiết kế hệ thống.

Bể đệm không tự động đảm bảo rã đông nhanh hơn.

Nó cung cấp hỗ trợ nhiệt có thể giúp duy trì hoạt động ổn định khi được kích thước chính xác và được kết nối thủy lực.

3.4 Tại sao điều này lại quan trọng ở vùng có khí hậu lạnh?

Yêu cầu rã đông có thể trở nên đặc biệt quan trọng trong điều kiện ẩm ướt gần đóng băng.

Ví dụ, nhiệt độ ngoài trời khoảng -3°C đến +5°C có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành sương giá, tùy thuộc vào độ ẩm, luồng không khí và nhiệt độ trao đổi nhiệt.

Trong những điều kiện này, lượng nước trong hệ thống không đủ có thể dẫn đến sự dao động nhiệt độ trong nhà đáng chú ý.

Một bể đệm được thiết kế chính xác có thể giúp giảm những biến động này và hỗ trợ hiệu suất sưởi ấm ổn định hơn.

Khuyến nghị kỹ thuật:Luôn xác minh lượng nước tối thiểu của hệ thống bơm nhiệt và các yêu cầu rã đông trước khi quyết định xem có cần bể đệm hay không.

4. Chức năng thứ ba: Duy trì dòng nước ổn định và cung cấp khả năng phân tách thủy lực

Máy bơm nhiệt yêu cầu tốc độ dòng nước thích hợp để truyền năng lượng sưởi ấm hoặc làm mát một cách an toàn và hiệu quả.

Lưu lượng nước không đủ có thể gây ra:

• Bảo vệ áp suất cao trong quá trình gia nhiệt.

• Cảnh báo nhiệt độ thấp hoặc chống đóng băng trong quá trình làm mát.

• Chênh lệch nhiệt độ trao đổi nhiệt quá mức.

• Báo động chuyển đổi dòng chảy.

• Máy nén hoạt động không ổn định

4.1 Tại sao dòng nước trở nên không ổn định?

Hãy xem xét một hệ thống sưởi ấm dưới sàn dân cư có nhiều phòng.

Mỗi phòng đều có bộ điều chỉnh nhiệt độ điều khiển mạch sưởi ấm.

Khi nhiệt độ phòng đạt đến điểm đặt, bộ truyền động điều nhiệt sẽ bắt đầu đóng lại.

Khi có nhiều mạch đóng lại, đường dẫn dòng chảy có sẵn qua hệ thống phân phối nhiệt sẽ trở nên nhỏ hơn.

Nếu bơm nhiệt được kết nối trực tiếp với các mạch này, tốc độ dòng chảy qua bộ trao đổi nhiệt của nó có thể giảm xuống dưới yêu cầu tối thiểu của nhà sản xuất.

Điều này đặc biệt có vấn đề khi bơm nhiệt yêu cầu tốc độ dòng chảy tối thiểu tương đối cao.

4.2 Bể đệm giải quyết vấn đề này như thế nào?

Một bể đệm có thể được cấu hình như một thiết bị tách thủy lực.

Trong cách bố trí bốn ống điển hình, hệ thống có hai mạch tuần hoàn riêng biệt.

Mạch sơ cấp:

Bơm nhiệt → Bể đệm → Bơm nhiệt

Mạch thứ cấp:

Bể đệm → Hệ thống phân phối nhiệt → Bể đệm

Bơm tuần hoàn sơ cấp duy trì lưu lượng nước cần thiết qua bơm nhiệt.

Bơm tuần hoàn thứ cấp cung cấp các mạch sưởi ấm hoặc tản nhiệt dưới sàn theo nhu cầu.

Khi các vùng sưởi ấm đóng lại, dòng thứ cấp có thể giảm mà không nhất thiết phải giảm dòng chính qua bơm nhiệt.

Điều này giúp duy trì hoạt động bơm nhiệt đáng tin cậy.

4.3 Kết nối bể đệm hai ống và bốn ống

Không phải tất cả việc lắp đặt bể đệm đều cung cấp khả năng tách thủy lực.

Bộ đệm nối tiếp hai ống có thể là giải pháp hiệu quả khi cần thêm lượng nước nhưng hệ thống đã có hệ thống tuần hoàn ổn định.

Bộ đệm bốn ống thường thích hợp cho các hệ thống có nhiều bơm tuần hoàn hoặc vùng gia nhiệt được điều khiển độc lập.

Tuy nhiên, cấu hình bốn ống có thể gây ra sự trộn lẫn giữa nước cấp và nước hồi.

Nếu tốc độ dòng sơ cấp và thứ cấp không khớp nhau, nhiệt độ cung cấp cho mạch sưởi có thể khác với nhiệt độ đầu ra của bơm nhiệt.

Vì vậy, việc tách thủy lực phải được thiết kế cẩn thận.

Quan trọng:Bể đệm không tự động trở thành thiết bị tách khí. Việc loại bỏ không khí đáng tin cậy đòi hỏi phải có lỗ thông hơi, bộ tách khí, bố trí đường ống và quy trình vận hành phù hợp.

5. Chức năng thứ tư: Hỗ trợ vệ sinh và bảo trì hệ thống

Một lợi ích khác đôi khi liên quan đến bể đệm là khả năng cung cấp một vị trí nơi các hạt lơ lửng có thể lắng xuống.

Tuy nhiên, chức năng này phải được hiểu một cách chính xác.

5.1 Tạp chất đến từ đâu?

Hệ thống Hydronic có thể chứa các chất gây ô nhiễm như:

• Các mảnh vụn cài đặt.

• Các hạt kim loại.

• Sản phẩm ăn mòn.

• Magnetite từ các thành phần kim loại màu.

• Chất thải cắt ống.

• Các mỏ khoáng sản.

• Bùn hình thành trong quá trình hoạt động lâu dài.

Những chất gây ô nhiễm này có thể tích tụ trong máy bơm tuần hoàn, van, bộ lọc và bộ trao đổi nhiệt.

Đối với máy bơm nhiệt, vấn đề ô nhiễm đặc biệt đáng lo ngại vì bộ trao đổi nhiệt dạng tấm thường chứa các đường dẫn dòng chảy tương đối hẹp.

5.2 Bể đệm có thể loại bỏ bùn được không?

Trong một số cấu hình, bể đệm có vận tốc nước bên trong thấp và bố trí thoát nước phù hợp có thể cho phép các hạt nặng hơn lắng xuống.

Tuy nhiên, bể đệm tiêu chuẩn không thể thay thế cho máy tách bụi bẩn hoặc bộ lọc từ tính chuyên dụng.

Hiệu quả của nó trong việc loại bỏ chất gây ô nhiễm phụ thuộc vào mô hình dòng chảy bên trong, hình dạng bể, đặc tính hạt và quy trình bảo trì.

Để bảo vệ hệ thống một cách đáng tin cậy, người cài đặt nên cân nhắc:

• Bộ lọc Y nếu được chỉ định.

• Máy tách bụi từ tính cho ô nhiễm kim loại.

• Xả hệ thống đúng cách trước khi vận hành.

• Xử lý nước phù hợp với chất lượng nước địa phương.

• Kiểm tra và vệ sinh thường xuyên.

Bể đệm nên được coi là một thành phần của hệ thống thủy lực hoàn chỉnh hơn là một giải pháp chung cho vấn đề ô nhiễm nước.

6. Cách tính toán kích thước bể đệm chính xác

Một trong những câu hỏi kỹ thuật phổ biến nhất là:

"Bể đệm bơm nhiệt nên có bao nhiêu lít?"

Không có câu trả lời phổ quát.

Công suất chính xác phụ thuộc vào một số biến:

1. Công suất làm nóng tối thiểu của bơm nhiệt.

2. Thời gian vận hành máy nén tối thiểu có thể chấp nhận được.

3. Tải trọng sưởi ấm tối thiểu của tòa nhà trong quá trình vận hành.

4. Chênh lệch nhiệt độ có thể sử dụng.

5. Lượng nước hệ thống hoạt động hiện có.

6. Yêu cầu về lượng nước tối thiểu của nhà sản xuất.

7. Yêu cầu năng lượng rã đông.

8. Bố trí kết nối thủy lực.

6.1 Công thức tính cỡ bể đệm cơ bản

Để tính toán chu kỳ ngắn đơn giản:

V = (Pmin − Tải) × t × 860 / ΔT

Ở đâu:

• V = lượng nước hiệu quả cần thiết (lít)

• Pmin = công suất làm nóng bơm nhiệt tối thiểu (kW)

• Pload = nhu cầu sưởi ấm của tòa nhà trong điều kiện vận hành (kW)

• t = thời gian chạy máy nén tối thiểu mong muốn (giờ)

• ΔT = chênh lệch nhiệt độ nước có thể sử dụng (° C)

Công thức này giả sử nước là chất lỏng tuần hoàn và bỏ qua các hiệu ứng nhiệt bổ sung.

6.2 Ví dụ: Định cỡ bể đệm cho máy bơm nhiệt 12 kW

Giả sử một máy bơm nhiệt không khí-nước biến tần có các điều kiện hoạt động sau:

Tính toán:

V = 2,5 × 0,25 × 860/5

V ≈ 108 lít

Do đó, hệ thống cần khoảng 108 lít thể tích nước hoạt động hiệu quả cho điều kiện vận hành đơn giản này.

Nếu hệ thống hiện tại đã cung cấp 50 lít nước tuần hoàn đáng tin cậy:

Thể tích yêu cầu bổ sung ≈ 108 − 50

=58 lít

Sau đó, có thể chọn bể đệm thương mại phù hợp sau khi kiểm tra các yêu cầu của nhà sản xuất và thiết kế thủy lực thực tế.

Ví dụ này mang tính minh họa chứ không phải là khuyến nghị về kích thước phổ quát.

6.3 Tại sao lớn hơn không phải lúc nào cũng tốt hơn

Một bể đệm quá khổ có thể tăng:

• Chi phí thiết bị ban đầu.

• Yêu cầu về không gian lắp đặt.

• Tổn thất nhiệt dự phòng.

• Bơm năng lượng trong một số cấu hình.

• Thời gian khởi động hệ thống.

• Kiểm soát độ phức tạp.

Bể lý tưởng không nhất thiết phải là bể lớn nhất.

Đây là bể đáp ứng được lượng nước tối thiểu của hệ thống, độ ổn định khi vận hành và các yêu cầu về thủy lực với chi phí và mức tiêu thụ năng lượng hợp lý.

7. Nên lắp đặt bể đệm ở đâu?

Việc lắp đặt bể đệm phụ thuộc vào mục đích dự định của nó.

Lắp đặt sê-ri 7.1 trên đường hồi lưu

Đối với các hệ thống yêu cầu lượng nước bổ sung mà không cần tách thủy lực, một bể đệm nối tiếp có thể được lắp đặt trên đường hồi lưu.

Sự sắp xếp điển hình:

Mạch gia nhiệt → Bể đệm → Bơm nhiệt → Mạch gia nhiệt

Những lợi thế tiềm năng bao gồm:

• Tăng lượng nước.

• Thiết kế thủy lực tương đối đơn giản.

• Giảm nguy cơ pha loãng nhiệt độ nguồn cung cấp so với một số cách bố trí bốn ống.

• Khả năng tương thích với hệ thống bơm đơn nơi duy trì đủ lưu lượng.

Tuy nhiên, chỉ riêng một bể đệm nối tiếp không giải quyết được các vấn đề do đóng cửa tất cả các vùng sưởi ấm.

Hệ thống vẫn phải duy trì lưu lượng tối thiểu theo yêu cầu của nhà sản xuất.

7.2 Lắp đặt bể đệm bốn ống

Bể đệm bốn ống thường được sử dụng khi mạch sơ cấp và thứ cấp cần tuần hoàn độc lập.

Sự sắp xếp điển hình:

Mạch sơ cấp:Bơm nhiệt ↔ Bể đệm

Mạch thứ cấp:Bể đệm ↔ Phân phối nhiệt

Cấu hình này có thể hữu ích cho:

• Hệ thống sưởi sàn đa vùng.

• Hệ thống kết hợp tản nhiệt và sưởi ấm dưới sàn.

• Lắp đặt với một số máy bơm tuần hoàn.

• Hệ thống yêu cầu tách thủy lực.

Tuy nhiên, tổn thất trộn bổ sung và tương tác điều khiển phải được xem xét.

7.3 Nên lắp đặt bể đệm ở phía cung cấp hay phía trả lại?

Không có vị trí lắp đặt duy nhất phù hợp cho mọi hệ thống bơm nhiệt.

Sự sắp xếp đúng đắn phụ thuộc vào:

• Sơ đồ thủy lực của nhà sản xuất.

• Yêu cầu năng lượng rã đông.

• Các vị trí cảm biến.

• Cấu hình máy bơm.

• Chế độ hoạt động sưởi ấm và làm mát.

• Yêu cầu tách thủy lực.

Luôn ưu tiên các sơ đồ lắp đặt được nhà sản xuất thiết bị phê duyệt.

8. Những lỗi lắp đặt bể đệm thường gặp

Ngay cả một bể đệm có kích thước chính xác cũng có thể hoạt động kém nếu lắp đặt không đúng cách.

Sai lầm 1: Chọn bể chỉ dựa trên công suất bơm nhiệt danh nghĩa

Một lối tắt phổ biến là chọn một số lít cố định cho mỗi kilowatt công suất sưởi danh nghĩa.

Mặc dù các quy tắc như vậy có thể cung cấp các ước tính sơ bộ nhưng chúng không tính đến việc điều chế biến tần, lượng nước hiện có hoặc các yêu cầu về thời gian chạy tối thiểu.

Cách tiếp cận tốt hơn:Sử dụng thông số kỹ thuật của nhà sản xuất và điều kiện vận hành thực tế.

Sai lầm 2: Giả sử mọi bể đệm đều cung cấp sự phân tách thủy lực

Bể đệm hai ống được lắp nối tiếp làm tăng thể tích nước nhưng không kiểm soát độc lập tốc độ dòng chảy sơ cấp và thứ cấp.

Cách tiếp cận tốt hơn:Chọn cấu hình thủy lực theo yêu cầu lưu thông thực tế.

Sai lầm 3: Bỏ qua cách nhiệt bể chứa

Cách nhiệt kém có thể làm tăng tổn thất nhiệt ở chế độ chờ trong quá trình vận hành sưởi và gây tăng nhiệt hoặc ngưng tụ nhiệt không mong muốn trong quá trình vận hành làm mát.

Cách tiếp cận tốt hơn:Chọn vật liệu cách nhiệt phù hợp cho cả điều kiện sưởi ấm và làm mát, bao gồm cả việc bịt kín hơi thích hợp nếu cần.

Sai lầm 4: Vị trí cảm biến nhiệt độ không chính xác

Nếu cảm biến nhiệt độ không thể hiện nhiệt độ nước được kiểm soát như dự định, bơm nhiệt có thể khởi động hoặc dừng vào thời điểm không phù hợp.

Cách tiếp cận tốt hơn:Làm theo hướng dẫn về vị trí và điều khiển cảm biến của nhà sản xuất.

Sai lầm 5: Kích thước xe tăng quá lớn mà không xem xét chiến lược kiểm soát

Một chiếc xe tăng lớn hơn không phải lúc nào cũng hiệu quả hơn.

Nó có thể làm tăng tổn thất nhiệt và giảm khả năng đáp ứng của hệ thống.

Cách tiếp cận tốt hơn:Cân bằng lượng nước, thời gian chạy tối thiểu, độ trễ điều khiển và tổn thất nhiệt của hệ thống.

Sai lầm 6: Bỏ qua việc loại bỏ không khí và xử lý nước

Sự tích tụ không khí và ô nhiễm bùn có thể làm giảm hiệu suất tuần hoàn và gây ra lỗi thiết bị.

Cách tiếp cận tốt hơn:Cung cấp khả năng tách khí, lọc bụi bẩn, xả hệ thống và tiếp cận bảo trì thích hợp.

9. Bể đệm so với Bể mở rộng và Bể chứa nhiệt

Ba thành phần này thường bị nhầm lẫn vì tất cả đều liên quan đến hệ thống sưởi ấm bằng nước.

Tuy nhiên, chúng phục vụ các mục đích kỹ thuật khác nhau.

Bể mở rộng: Quản lý áp suất

Bể giãn nở thích ứng với những thay đổi về thể tích nước do sự thay đổi nhiệt độ.

Vai trò chính của nó là kiểm soát áp suất.

Nó không cung cấp khả năng lưu trữ nhiệt có ý nghĩa cho chu kỳ máy nén.

Bể đệm: Tính ổn định khi vận hành

Bể đệm bổ sung lượng nước và, với cấu hình phù hợp, cung cấp khả năng phân tách thủy lực.

Vai trò chính của nó là vận hành hệ thống ổn định.

Bể chứa nhiệt: Quản lý năng lượng

Bể chứa nhiệt được thiết kế để lưu trữ đủ năng lượng nhiệt để sử dụng sau này.

Ví dụ, một bể cách nhiệt lớn có thể được sạc trong thời gian giá điện thấp hơn hoặc sản lượng điện mặt trời cao.

Sau đó, nhiệt được lưu trữ có thể được sử dụng khi giá điện cao hơn hoặc khi bơm nhiệt không hoạt động.

Mặc dù một bể đệm đủ lớn cũng có thể cung cấp khả năng lưu trữ nhiệt nhưng mục tiêu định cỡ và chiến lược vận hành lại khác nhau.

Sự khác biệt dựa trên chức năng kỹ thuật chứ không chỉ đơn giản là tên in trên bình.

10. Mọi hệ thống bơm nhiệt có cần bể đệm không?

Không nhất thiết phải như vậy.

Bể đệm có thể không cần thiết khi:

• Bơm nhiệt có đủ khả năng điều chế.

• Lượng nước hiện có đáp ứng yêu cầu của nhà sản xuất.

• Tốc độ dòng chảy tối thiểu được duy trì trong mọi điều kiện hoạt động.

• Vùng sưởi ấm không tạo ra sự lưu thông không ổn định.

• Yêu cầu rã đông có thể được đáp ứng mà không cần lưu trữ nhiệt bổ sung.

• Nhà sản xuất cho phép kết nối trực tiếp một cách rõ ràng.

Bể đệm trở nên có giá trị hơn khi:

• Hệ thống sưởi ấm có lượng nước hoạt động hạn chế.

• Việc đạp xe máy nén thường xuyên xảy ra.

• Nhiều vùng sưởi ấm mở và đóng độc lập.

• Mạch sơ cấp và thứ cấp yêu cầu tách thủy lực.

• Bơm nhiệt cần thêm năng lượng nhiệt trong quá trình rã đông.

• Hệ thống hiện tại không thể duy trì lưu lượng nước tối thiểu một cách đáng tin cậy.

Quyết định kỹ thuật phải dựa trên các yêu cầu thực tế của hệ thống thay vì giả định rằng mọi cài đặt đều phải sử dụng cùng một cấu hình.

11. Khuyến nghị kỹ thuật thực tế

Đối với các kỹ sư HVAC, nhà phân phối và lắp đặt bơm nhiệt, chúng tôi khuyên bạn nên áp dụng phương pháp sau.

Đầu tiên, xác nhận các yêu cầu kỹ thuật của bơm nhiệt.

Xem lại lượng nước tối thiểu, tốc độ dòng chảy tối thiểu, phạm vi điều chế máy nén, yêu cầu rã đông và sơ đồ thủy lực được khuyến nghị.

Thứ hai, tính toán tải sưởi ấm và làm mát của tòa nhà.

Chỉ riêng công suất danh nghĩa của bơm nhiệt là không đủ để xác định kích thước bể đệm chính xác.

Thứ ba, đánh giá lượng nước hoạt động.

Hãy xem xét lượng nước còn lại trong các điều kiện vận hành hạn chế nhất, kể cả khi một số khu vực sưởi ấm đóng cửa.

Thứ tư, chọn cấu hình thủy lực thích hợp.

Sử dụng bộ đệm nối tiếp trong đó yêu cầu chính là lượng nước bổ sung hoặc bố trí tách thủy lực phù hợp khi cần kiểm soát dòng chảy độc lập.

Thứ năm, xem xét hiệu quả sử dụng năng lượng.

Tránh thể tích bể không cần thiết, cách nhiệt kém, trộn quá nhiều và vận hành máy bơm không phù hợp.

Cuối cùng, vận hành và xác minh hệ thống.

Đo tốc độ dòng nước, nhiệt độ cấp và hồi, chu kỳ vận hành máy nén và hiệu suất rã đông.

Một hệ thống thủy lực được thiết kế tốt sẽ hoạt động đáng tin cậy không chỉ trong quá trình vận hành ban đầu mà còn trong quá trình thay đổi điều kiện thời tiết và vận hành một phần tải.

12. Các câu hỏi thường gặp về bể đệm bơm nhiệt

Câu hỏi 1: Bể đệm làm nhiệm vụ gì trong hệ thống bơm nhiệt không khí-nước?

Bể đệm làm tăng thể tích nước của hệ thống, giúp giảm chu kỳ ngắn của máy nén và cung cấp thêm năng lượng nhiệt trong quá trình rã đông. Tùy thuộc vào cách bố trí kết nối, nó cũng có thể cung cấp sự phân tách thủy lực giữa bơm nhiệt và mạch phân phối nhiệt.

Câu hỏi 2: Máy bơm nhiệt biến tần có thể hoạt động mà không cần bình đệm không?

Đúng. Một số máy bơm nhiệt biến tần có thể hoạt động mà không cần bể đệm bên ngoài nếu hệ thống đáp ứng các yêu cầu về lượng nước, tốc độ dòng chảy tối thiểu và rã đông tối thiểu của nhà sản xuất.

Câu hỏi 3: Bể đệm nên lớn bao nhiêu đối với máy bơm nhiệt 12 kW?

Không có năng lực phổ quát. Kích thước chính xác phụ thuộc vào công suất tối thiểu của bơm nhiệt, tải nhiệt, lượng nước hiện có, thời gian chạy mong muốn và thông số kỹ thuật của nhà sản xuất. Việc tính toán nên được thực hiện thay vì chỉ dựa vào công suất danh nghĩa.

Câu hỏi 4: Bể đệm có cải thiện COP của bơm nhiệt không?

Không trực tiếp. Bể đệm không làm tăng hiệu suất cơ bản của chu trình làm lạnh. Tuy nhiên, nó có thể cải thiện hiệu suất tổng thể của hệ thống bằng cách giảm chu kỳ hoạt động không hiệu quả và ổn định. Cách nhiệt kém hoặc trộn thủy lực có thể bù đắp những lợi ích này.

Câu 5: Bể đệm có giống như bể chứa nước nóng không?

Không. Bể đệm thường chứa nước làm nóng hoặc làm mát khép kín, trong khi bể chứa nước nóng sinh hoạt chứa nước uống được để sử dụng trong gia đình. Thiết kế, vật liệu và yêu cầu vận hành của chúng khác nhau.

Câu hỏi 6: Bể đệm có thể hỗ trợ trong quá trình rã đông không?

Đúng. Khi có kích thước và kết nối phù hợp, bể đệm sẽ cung cấp năng lượng nhiệt có thể hỗ trợ quá trình rã đông theo chu trình ngược và giảm biến động nhiệt độ nước.

Câu hỏi 7: Nên lắp đặt bể đệm trên đường cấp hoặc đường hồi?

Vị trí chính xác phụ thuộc vào thiết kế thủy lực của nhà sản xuất bơm nhiệt, cấu hình cảm biến, bơm tuần hoàn và chức năng dự kiến ​​của bể. Cả hai cơ chế bên cung và bên trả lại đều được sử dụng trong thực tế.

Q8: Bể đệm có thể thay thế bể mở rộng không?

Không. Bể đệm không thay thế chức năng kiểm soát áp suất của bể giãn nở. Các hệ thống hydronic khép kín vẫn cần có chỗ ở giãn nở thích hợp và bảo vệ áp suất.

Kết luận: Bể đệm không chỉ là một thùng chứa nước

Bể đệm có thể trông giống như một bình chứa nước cách nhiệt đơn giản, nhưng vai trò của nó trong hệ thống bơm nhiệt có thể rất đáng kể.

Khi được thiết kế hợp lý, nó có thể giúp:

• Giảm chu kỳ máy nén quá mức.

• Hỗ trợ hoạt động rã đông ổn định.

• Duy trì hiệu suất thủy lực đáng tin cậy.

• Cải thiện khả năng tương thích với nhiều vùng sưởi ấm.

• Cung cấp thêm sự ổn định nhiệt.

Tuy nhiên, việc lắp đặt bể đệm không tự động làm cho hệ thống bơm nhiệt hoạt động hiệu quả hơn.

Giá trị thực sự đến từ việc lựa chọn đúng công suất, bố trí thủy lực, cách nhiệt và chiến lược điều khiển.

Đối với các nhà sản xuất, người lắp đặt và nhà thiết kế hệ thống bơm nhiệt, mục tiêu luôn giống nhau:

Thiết kế hệ thống thủy lực xoay quanh các yêu cầu vận hành thực tế của bơm nhiệt và tòa nhà, thay vì bổ sung thêm các bộ phận mà không có mục đích kỹ thuật rõ ràng.

Một hệ thống bơm nhiệt được thiết kế phù hợp không nhất thiết phải là hệ thống phức tạp nhất.

Đây là thiết bị mang lại sự thoải mái đáng tin cậy, hoạt động ổn định và sử dụng năng lượng hiệu quả trong suốt thời gian sử dụng.

Về chúng tôi

TạiWotech, chúng tôi chuyên phát triển và sản xuất các giải pháp bơm nhiệt nguồn không khí cho các đối tác OEM và ODM quốc tế.

Danh mục sản phẩm của chúng tôi bao gồm máy bơm nhiệt không khí, nước, giải pháp sưởi ấm và làm mát dân dụng, máy bơm nhiệt thương mại và các công nghệ sưởi ấm tái tạo khác.

Chúng tôi tin rằng thiết bị bơm nhiệt chất lượng cao phải được hỗ trợ bởi kỹ thuật thủy lực hợp lý và thực hành lắp đặt chuyên nghiệp.

Thông qua loạt bài viết kỹ thuật này, chúng tôi mong muốn chia sẻ kiến ​​thức kỹ thuật thực tế và khuyến khích các cuộc thảo luận mang tính xây dựng giữa các chuyên gia HVAC trên toàn thế giới.

Chúng tôi nồng nhiệt chào đón các kỹ sư HVAC, nhà thiết kế hệ thống, người lắp đặt và chuyên gia bơm nhiệt xem xét bài viết này, xác định mọi điểm thiếu chính xác hoặc thiếu sót về mặt kỹ thuật và chia sẻ những hiểu biết chuyên môn của họ.

Phản hồi và kinh nghiệm của bạn luôn có giá trị.

Trang web: www.ecoheat-pump.com

Bài tiếp theo trong loạt bài này:

Bể mở rộng so với Bể đệm so với Bể chứa nhiệt: Phần 3 – Giải thích về bể chứa nhiệt

Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: Bài viết này dành cho giáo dục kỹ thuật tổng quát. Các yêu cầu về kích thước bể đệm, cấu hình thủy lực, xử lý nước và lắp đặt phải được xác minh theo hướng dẫn của nhà sản xuất thiết bị và các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành của địa phương.