Một nguồn nhiệt, hai thiết bị đầu cuối: Tại sao hệ thống sưởi dưới sàn không đủ ấm?

Phần 7 - Vận hành lâu dài mà không cần vệ sinh hệ thống sưởi dưới sàn

Hệ thống bơm nhiệt không khí-nước có thể hoạt động hoàn hảo khi nó được đưa vào vận hành lần đầu. Nhiệt độ nước chính xác, lưu lượng tuần hoàn đủ và mọi phòng đều đạt đến nhiệt độ cần thiết.

Nhưng sau vài năm hoạt động, có điều gì đó dần thay đổi:

Máy bơm nhiệt vẫn chạy nhưng sàn nhà không còn ấm như trước.

Chủ nhà có thể tăng nhiệt độ nước ra khỏi nhà từ 40°C lên 45°C, hoặc thậm chí cao hơn. Tiện nghi trong nhà có thể được cải thiện tạm thời nhưng mức tiêu thụ điện vẫn tăng và vấn đề ban đầu vẫn còn.

Trong nhiều trường hợp, vấn đề không nằm ở bơm nhiệt.

Nó có thể được gây ra bởi một cái gì đó ít nhìn thấy hơn:

Hệ thống hydronic đã hoạt động nhiều năm mà không được vệ sinh và bảo trì đúng cách.

Đây làPhần 7 của loạt bài kỹ thuật “Một nguồn nhiệt, hai thiết bị đầu cuối” của chúng tôi, tập trung vào cáchbùn, cặn, chất rắn lơ lửng và bộ lọc bẩncó thể giảm dần hiệu suất của hệ thống sưởi dưới sàn được kết nối với máy bơm nhiệt không khí-nước.

1. Tại sao hệ thống sưởi kín có thể bị bẩn?

Một câu hỏi phổ biến là:

"Hệ thống sưởi dưới sàn đã đóng rồi, tại sao lại cần vệ sinh?"

Một hệ thống khép kín không có nghĩa là một hệ thống sạch vĩnh viễn.

Qua nhiều năm hoạt động, nước tuần hoàn tương tác với các đường ống, van, ống góp, máy bơm, bộ trao đổi nhiệt và các thành phần kim loại hoặc polymer khác.

Tùy thuộc vào chất lượng nước, vật liệu hệ thống, lượng oxy xâm nhập, độ sạch của hệ thống lắp đặt và điều kiện vận hành, cặn lắng có thể phát triển dần dần.

Các chất gây ô nhiễm điển hình bao gồm:

• quy mô khoáng sản;
• sản phẩm ăn mòn;
• từ tính hoặc oxit sắt;
• chất rắn lơ lửng;
• mảnh vụn xây dựng;
• ô nhiễm sinh học trong những điều kiện nhất định;
• bùn tích tụ ở khu vực dòng chảy kiệt.

Cơ chế chính xác thay đổi tùy theo hệ thống.

Điểm kỹ thuật quan trọng làchất lượng nước thay đổi theo thời gian và các chất gây ô nhiễm có thể dần dần tích tụ bên trong mạch hydronic.

2. Điều gì xảy ra bên trong hệ thống sưởi dưới sàn sau nhiều năm hoạt động?

Hệ thống sưởi dưới sàn chứa các mạch ống dài hoạt động ở nhiệt độ nước tương đối thấp.

Nếu có chất gây ô nhiễm, chúng có thể dần dần lắng xuống hoặc bám vào bề mặt bên trong.

Quá trình này có thể diễn ra chậm đến mức chủ nhà không nhận thấy sự cố bất ngờ.

Thay vào đó, hiệu năng hệ thống ngày càng suy giảm.

Trình tự có thể trông như thế này:

Ô nhiễm → cặn bên trong → Tăng sức cản thủy lực → Giảm lưu lượng nước → Truyền nhiệt thấp hơn → Sàn lạnh hơn → Thời gian chạy bơm nhiệt dài hơn

Cuối cùng, khách hàng báo cáo:

“Trước đây máy bơm nhiệt có thể sưởi ấm ngôi nhà rất tốt. Bây giờ thì không.”

Tuyên bố đó rất quan trọng vì nó gợi ý rằng chúng ta nên điều tra không chỉ công suất thiết bị mà cònhệ thống thủy lực đã thay đổi như thế nào kể từ khi vận hành.

3. Cặn đặc biệt có hại cho việc truyền nhiệt

Quy mô khoáng sản đáng được quan tâm đặc biệt.

Nước cứng chứa các khoáng chất hòa tan, chủ yếu là hợp chất canxi và magie. Trong điều kiện thích hợp, các khoáng chất này có thể kết tủa và tạo thành cặn trên bề mặt truyền nhiệt.

Tại sao điều này lại quan trọng?

Bởi vì cặn có độ dẫn nhiệt thấp hơn nhiều so với kim loại.

Đường truyền nhiệt thay đổi từ:

Nước nóng → Bề mặt trao đổi nhiệt → Nước hệ thống

đến một cái gì đó gần hơn với:

Nước nóng → Lớp cặn → Bề mặt trao đổi nhiệt → Nước hệ thống

Cân đóng vai trò như khả năng chịu nhiệt bổ sung.

Ngay cả một lớp cặn tương đối mỏng trên bề mặt truyền nhiệt quan trọng cũng có thể ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất. Tổn thất hiệu suất chính xác phụ thuộc nhiều vào vật liệu, thành phần cặn, độ dày, điều kiện dòng chảy và thiết kế bộ trao đổi nhiệt, do đó không nên giả định một tỷ lệ phần trăm chung cho mọi hệ thống.

Tuy nhiên, nguyên tắc kỹ thuật rất rõ ràng:

Cặn bám trên bề mặt truyền nhiệt làm giảm hiệu quả truyền nhiệt.

4. Tại sao tăng nhiệt độ nước không phải là giải pháp thực sự

Đây là một phản ứng hiện trường phổ biến.

Giả sử ban đầu hệ thống cung cấp đủ nhiệt độ ở nhiệt độ nước rời là 40–45°C.

Vài năm sau, khách hàng phàn nàn rằng phòng quá lạnh.

Ai đó thay đổi điểm đặt thành 50°C.

Ngôi nhà lại trở nên ấm áp hơn.

Vấn đề đã được giải quyết?

Không nhất thiết phải như vậy.

Việc tăng nhiệt độ nước có thể chỉ đơn giản là bù đắp cho hiệu suất hệ thống đang suy giảm.

Vấn đề thực tế vẫn có thể là:

Giảm lưu lượng + tắc nghẽn + truyền nhiệt kém.

Đối với hệ thống bơm nhiệt, việc tăng nhiệt độ nước rời một cách không cần thiết là đặc biệt không mong muốn vì hiệu suất bơm nhiệt thường giảm khi nhiệt độ nước yêu cầu tăng, tất cả các yếu tố khác đều bằng nhau.

Vì vậy, thay vì ngay lập tức tăng điểm đặt, hãy hỏi:

Tại sao hệ thống hiện nay yêu cầu nhiệt độ nước cao hơn so với khi còn mới?

Câu hỏi đó thường dẫn đến chẩn đoán tốt hơn nhiều.

5. Bộ lọc là một trong những nơi đầu tiên cần kiểm tra

Khi khắc phục sự cố của hệ thống hydronic cũ hơn, bộ lọc hoặc bộ lọc phải nằm ở vị trí cao trong danh sách kiểm tra.

Tại sao?

Bởi vì bộ lọc được thiết kế để thu giữ ô nhiễm trước khi nó tiếp cận các bộ phận nhạy cảm của hệ thống.

Sau nhiều năm hoạt động, một bộ lọc bị bỏ quên có thể chứa một lượng đáng kể:

• bùn;
• hạt rỉ sét;
• mảnh vảy;
• cặn xây dựng;
• chất rắn lơ lửng khác.

Khi bộ lọc bị tắc, áp suất giảm sẽ tăng lên.

Kết quả là:

Bộ lọc bẩn → Điện trở cao hơn → Lưu lượng thấp hơn → Giảm vận chuyển nhiệt

Điều này có thể tạo ra các triệu chứng tương tự như một máy bơm tuần hoàn có kích thước nhỏ.

Trước khi thay thế máy bơm, hãy kiểm tra xem máy bơm hiện tại có phải chỉ đang cố gắng đẩy nước qua bộ lọc bị hạn chế nghiêm ngặt hay không.

6. Lưu lượng nước thấp ảnh hưởng trực tiếp đến công suất sưởi

Sự truyền nhiệt hydronic có thể được biểu diễn gần đúng bằng:

Q = ṁ × Cp × ΔT

Ở đâu:

• Q= tốc độ truyền nhiệt
• ṁ= tốc độ dòng khối nước
• Cp= nhiệt dung riêng của nước
• ΔT= chênh lệch nhiệt độ nước cấp/nước về

Phương trình này giải thích tại sao độ sạch của hệ thống và lưu lượng nước có liên quan đến hiệu suất sưởi ấm.

Nếu cặn lắng hoặc các bộ phận bị tắc làm tăng sức cản thì lưu lượng nước thực tế có thể giảm.

Nếu các thiết bị đầu cuối không nhận đủ lưu lượng, chúng không thể truyền lượng nhiệt cần thiết vào tòa nhà.

Vì vậy, bơm nhiệt có thể vẫn có khả năng tạo ra công suất nhiệt cần thiết trong khi hệ thống phân phối trở nên tắc nghẽn.

Đây là lý do tại sao chúng tôi liên tục nhấn mạnh:

Sự sinh nhiệt và phân phối nhiệt phải được đánh giá riêng biệt.

7. Tại sao một số phòng trở nên lạnh hơn những phòng khác

Một hệ thống bị ô nhiễm không phải lúc nào cũng mất hiệu suất một cách đồng đều.

Một số vòng sưởi sàn có thể có:

• chiều dài ống dài hơn;
• sức cản thủy lực cao hơn;
• tốc độ dòng chảy ban đầu thấp hơn;
• nhiều khúc cua hơn;
• cân bằng thủy lực kém hơn.

Những mạch này thường nhạy cảm hơn với điện trở bổ sung.

Khi mức độ ô nhiễm tăng lên, mạch yếu nhất có thể bị ảnh hưởng đầu tiên.

Do đó, khách hàng có thể báo cáo:

“Phòng khách ấm áp, nhưng phòng ngủ thì lạnh lẽo.”

hoặc:

“Tầng một thì được, nhưng tầng trên thì lâu nóng hơn.”

Điều này không tự động có nghĩa là bơm nhiệt quá nhỏ.

Các kỹ sư nên so sánh tốc độ dòng chảy của từng ống góp và điều tra xem liệu một số mạch có bị hạn chế về mặt thủy lực hay không.

8. Làm sạch hệ thống sưởi dưới sàn không chỉ là “xả một ít nước qua đường ống”

Vệ sinh hệ thống chuyên nghiệp cần có mục tiêu rõ ràng:

khôi phục lưu thông và loại bỏ ô nhiễm mà không làm hỏng các thành phần hệ thống.

Tùy thuộc vào tình trạng hệ thống và yêu cầu của nhà sản xuất, việc bảo trì có thể bao gồm:

1. Kiểm tra tình trạng nước.
2. Kiểm tra áp suất hệ thống.
3. Kiểm tra và vệ sinh lưới lọc.
4. Kiểm tra bộ tách bụi từ tính, nếu được lắp đặt.
5. Đo lưu lượng trước khi làm sạch.
6. Cô lập và xả các mạch sưởi ấm sàn riêng lẻ khi thích hợp.
7. Loại bỏ bùn tích tụ và chất rắn lơ lửng.
8. Kiểm tra ống góp và lưu lượng kế.
9. Đổ lại bằng nước thích hợp.
10. Thông gió hệ thống hoàn toàn.
11. Khôi phục áp suất vận hành chính xác.
12. Cân bằng thủy lực các vòng một lần nữa.
13. Ghi lại lưu lượng và nhiệt độ cấp/trả sau khi bảo trì.

Quy trình chính xác phải tuân theo vật liệu hệ thống, yêu cầu của nhà sản xuất thiết bị và các biện pháp xử lý nước hiện hành tại địa phương.

9. Chất lượng nước cần được xem xét ngay từ đầu

Làm sạch là quan trọng, nhưng phòng ngừa vẫn tốt hơn.

Chất lượng nước cần được xem xét trong quá trình thiết kế và vận hành hệ thống ban đầu.

Tùy thuộc vào điều kiện nước tại địa phương và yêu cầu thiết bị, các kỹ sư có thể cần xem xét:

• chất lượng nước lấp đầy;
• độ cứng;
• độ dẫn điện;
• độ pH;
• sự xâm nhập của oxy;
• bảo vệ chống ăn mòn;
• lọc;
• tách bụi bẩn từ tính;
• xử lý nước phù hợp.

Điều này đặc biệt quan trọng vì điều kiện nước rất khác nhau giữa các vùng.

Không có chiến lược xử lý nước nào nên được áp dụng một cách mù quáng cho mọi dự án bơm nhiệt.

Luôn kiểm tra các yêu cầu của nhà sản xuất máy bơm nhiệt và các tiêu chuẩn địa phương có liên quan.

10. Bảo trì còn quan trọng hơn nữa trong hệ thống “Một nguồn nhiệt, hai thiết bị đầu cuối”

Trong loạt bài của chúng tôi,“Một nguồn nhiệt, hai thiết bị đầu cuối”đề cập đến một máy bơm nhiệt không khí-nước phục vụ hai hệ thống đầu cuối khác nhau, thường là:

Hệ thống sưởi dưới sàn + Bộ cuộn dây quạt

Một hệ thống như vậy có thể chứa nhiều nhánh, máy bơm, van, ống góp và thiết bị điều khiển.

Nếu ô nhiễm làm tăng sức cản ở một nhánh, sự phân bổ thủy lực giữa hai hệ thống đầu cuối có thể thay đổi.

Ví dụ:

Bơm nhiệt

↓

Bộ đệm / Phân phối thủy lực

↙ ↘

Hệ thống sưởi dưới sàn　　Cuộn dây quạt

Nếu mạch sưởi ấm dưới sàn dần trở nên hạn chế hơn, sự phân bổ dòng chảy có thể thay đổi.

Do đó, việc xử lý sự cố nên kiểm tra toàn bộ mạng thủy lực thay vì xử lý từng bộ phận một cách độc lập.

11. Trình tự khắc phục sự cố được đề xuất

Nếu hệ thống sưởi dưới sàn hoạt động tốt trong vài năm nhưng hiện tại khó đạt được nhiệt độ, hãy sử dụng phương pháp có hệ thống.

Bước 1 - Kiểm tra bơm nhiệt

Xác nhận:

• để lại nhiệt độ nước;
• nhiệt độ nước trở lại;
• chế độ vận hành;
• vận hành máy nén;
• lịch sử lỗi;
• công suất sưởi ấm thực tế có thể đo lường được.

Bước 2 - Kiểm tra luồng hệ thống

So sánh lưu lượng thực tế với yêu cầu thiết kế.

Bước 3 - Kiểm tra ΔT

Sự chênh lệch nhiệt độ cung cấp/trả lại bất thường có thể cung cấp thông tin hữu ích về sự tuần hoàn và truyền nhiệt.

Bước 4 - Kiểm tra bộ lọc và bộ lọc

Đừng đánh giá thấp bước đơn giản này.

Bước 5 - Kiểm tra dòng đa tạp

So sánh các vòng sưởi ấm dưới sàn riêng lẻ.

Bước 6 - Kiểm tra không khí

Sự tích tụ không khí có thể tạo ra các triệu chứng dòng chảy kiệt tương tự.

Bước 7 - Đánh giá chất lượng nước

Tìm kiếm sự đổi màu, chất rắn lơ lửng, bùn hoặc bằng chứng ô nhiễm khác.

Bước 8 - Làm sạch khi cần thiết

Rửa và làm sạch hệ thống bằng quy trình thích hợp.

Bước 9 - Cân bằng lại

Sau khi làm sạch, khôi phục lại cân bằng thủy lực chính xác.

Bước 10 - So sánh trước và sau

Ghi:

Lưu lượng + ΔT + Nhiệt độ nước + Nhiệt độ phòng + Vận hành bơm nhiệt

Điều này làm cho kết quả bảo trì có thể đo lường được hơn là chủ quan.

12. Vệ sinh nên là bảo trì phòng ngừa chứ không chỉ là sửa chữa khẩn cấp

Nhiều khách hàng chỉ nghĩ đến việc vệ sinh sau khi sàn ngừng sưởi ấm đúng cách.

Một cách tiếp cận tốt hơn là bảo trì phòng ngừa.

Tuy nhiên, không có quy tắc chung nào yêu cầu mọi hệ thống sưởi dưới sàn phải được xả nước trong một khoảng thời gian cố định giống nhau.

Lịch trình bảo trì thích hợp phụ thuộc vào:

• chất lượng nước địa phương;
• vật liệu hệ thống;
• lịch sử hoạt động;
• lọc;
• sự xâm nhập của oxy;
• ô nhiễm trước đó;
• yêu cầu của nhà sản xuất.

Do đó, việc kiểm tra thường xuyên sẽ hữu ích hơn việc áp dụng một cách mù quáng một khoảng thời gian cho mỗi lần lắp đặt.

Đối với các nhà phân phối và công ty dịch vụ HVAC, điều này cũng tạo cơ hội chuyển từ việc đơn giản là bán thiết bị sang cung cấpdịch vụ hệ thống dài hạn.

Khách hàng không chỉ cần một máy bơm nhiệt.

Họ cần hệ thống sưởi ấm để tiếp tục hoạt động hiệu quả trong nhiều năm.

13. Bảy nguyên nhân chúng tôi đã đề cập đến nay

Của chúng tôi“Một nguồn nhiệt, hai thiết bị đầu cuối”Series hiện đã xem xét bảy lý do phổ biến khiến hệ thống sưởi dưới sàn có thể không đạt được nhiệt độ mong đợi:

Phần 1 - Vận hành ban đầu hoặc thời gian dài không sử dụng

Phần 2 - Không khí bị mắc kẹt trong các ống sưởi ấm dưới sàn

Phần 3 - Thiết kế và bố trí đường ống không đúng

Phần 4 - Diện tích tản nhiệt hiệu quả không đủ

Phần 5 - Lưu lượng nước hệ thống không đủ

Phần 6 - Lắp đặt không đúng cách và tay nghề kém

Phần 7 - Hoạt động lâu dài mà không cần vệ sinh hệ thống

Chú ý những vấn đề này được kết nối như thế nào.

Đối với Phần 7, chuỗi lỗi có thể trông như sau:

Chất lượng nước kém / Ô nhiễm lâu dài

↓

Cặn + Bùn + Cặn

↓

Lọc / Đường ống / Trao đổi nhiệt

↓

Kháng thủy lực cao hơn

↓

Lưu lượng nước thấp hơn và/hoặc truyền nhiệt kém hơn

↓

Giảm sản lượng sưởi ấm thiết bị đầu cuối

↓

Hệ thống sưởi dưới sàn không thể đạt được nhiệt độ cần thiết

Đó là lý do tại sao việc xử lý sự cố máy bơm nhiệt chuyên nghiệp phải được thực hiện.hướng hệ thống hơn là hướng thành phần.

Kết luận: Đừng đổ lỗi cho máy bơm nhiệt quá nhanh

Khi hệ thống sưởi dưới sàn đã hoạt động được vài năm và dần trở nên kém hiệu quả, việc thay thế máy bơm nhiệt không phải là giải pháp đầu tiên.

Bắt đầu với những điều cơ bản:

Nước có sạch không?

Bộ lọc có sạch không?

Dòng thiết kế vẫn đạt được chứ?

Các vòng sàn riêng lẻ có lưu thông chính xác không?

Sự bám bẩn có làm tăng sức cản thủy lực không?

Hệ thống hiện nay có yêu cầu nhiệt độ nước cao hơn so với khi vận hành ban đầu không?

Máy bơm nhiệt không khí-nước hiệu suất cao cần một hệ thống hydronic sạch và được bảo trì đúng cách để duy trì hiệu suất của nó.

Chuỗi kỹ thuật hoàn chỉnh vẫn còn:

Bơm nhiệt → Chất lượng nước → Dòng thủy lực → Phân phối → Thiết bị đầu cuối → Truyền nhiệt → Tiện nghi trong nhà

Chỉ bảo trì bơm nhiệt mà bỏ qua hệ thống nước là chỉ bảo trì một nửa hệ thống sưởi.