Thay thế nồi hơi khí, dầu hoặc điện truyền thống bằng nồi hơibơm nhiệt không khí-nướcđang ngày càng phổ biến trong các dự án cải tạo nhà ở, thương mại và các tòa nhà công cộng.
Tuy nhiên, việc cải tiến thành công không chỉ đơn giản là:
Loại bỏ nồi hơi → lắp đặt một máy bơm nhiệt → kết nối các đường ống hiện có.
Một máy bơm nhiệt và một nồi hơi hoạt động trong điều kiện thủy lực và nhiệt độ rất khác nhau.
Một nồi hơi thường có thể cung cấp nhiệt độ nước tương đối cao với sự khác biệt nhiệt độ tương đối lớn giữa nước cung cấp và nước trở lại.thường đạt hiệu quả tốt nhất khi cung cấp nước nhiệt độ thấp với dòng chảy nước được kiểm soát cẩn thận.
Điều này có nghĩa là trước khi thay thế nồi hơi, các kỹ sư nên trả lời một số câu hỏi quan trọng:
Trọng lượng sưởi ấm và làm mát thực tế của tòa nhà là bao nhiêu?
Máy bơm nhiệt nên cung cấp công suất bao nhiêu ở nhiệt độ bên ngoài thiết kế?
Các cuộn dây quạt hiện có, bộ tản nhiệt hoặc hệ thống sưởi ấm sàn có thể hoạt động ở nhiệt độ nước mới không?
Các đường ống hiện có có đủ nước không?
Máy bơm lưu thông hiện tại có phù hợp không?
Có cần phân tách thủy lực, bể đệm hoặc mạch phụ không?
Hiểu được những câu hỏi này là chìa khóa cho một hệ thống cải tạo từ nồi hơi thành bơm nhiệt đáng tin cậy.
Một trong những sai lầm phổ biến nhất trong việc trang bị lại máy bơm nhiệt là lựa chọn một máy bơm nhiệt mới theo công suất được in trên bảng tên nồi hơi hiện có.
Ví dụ:
Công suất nồi hơi hiện tại = 100 kW
Do đó, lắp đặt một máy bơm nhiệt 100 kW.
Cách tiếp cận này có thể gây nhầm lẫn nghiêm trọng.
Các nồi hơi truyền thống thường có kích thước quá lớn và công suất danh nghĩa của chúng không nhất thiết đại diện cho nhu cầu sưởi ấm đỉnh thực tế của tòa nhà.
Vì vậy, điểm khởi đầu chính xác làTrọng lượng sưởi ấm thiết kế.
Trong các dự án đòi hỏi làm mát, tải làm mát thiết kế cũng phải được tính toán.
Một ước tính sơ bộ đơn giản có thể sử dụng:
Ở đâu:
Q= Trọng lượng xây dựng ước tính, W
A= diện tích sàn điều hòa, m2
q= tải lượng đơn vị ước tính, W/m2
Ví dụ, nếu một tòa nhà 10.000 m2 có tải trọng sưởi ước tính 70 W/m2:
Do đó:
Tuy nhiên, các giá trị W/m2 chỉ nên được sử dụng choước tính sơ bộ.
Lựa chọn cuối cùng của máy bơm nhiệt nên được dựa trên một tính toán đúng về mất mát nhiệt / tăng nhiệt của tòa nhà, xem xét cách nhiệt, kính, thông gió / thâm nhập, chiếm dụng, tăng nhiệt bên trong,Nhiệt độ thiết kế ngoài trời và nhiệt độ trong nhà cần thiết.
Điều này đặc biệt quan trọng đối với máy bơm nhiệt nguồn không khí.
Một máy bơm nhiệt được quảng cáo là một máy bơm nhiệt 20 kW không nhất thiết cung cấp 20 kW trong tất cả các điều kiện ngoài trời.
Khi nhiệt độ không khí ngoài trời giảm, công suất sưởi ấm có sẵn và COP của máy bơm nhiệt nguồn không khí có thể thay đổi đáng kể.
Do đó, các kỹ sư không nên chọn thiết bị chỉ dựa trên các điều kiện danh nghĩa như:
A7/W35
Thay vào đó, năng lực nên được kiểm tra với điều kiện thiết kế dự án thực tế, ví dụ:
A7/W35
A2/W35
A−7/W35
A−15/W45
A-20/W55
tùy thuộc vào khí hậu và ứng dụng.
Nguyên tắc chính xác là:
trừ khi hệ thống đã được thiết kế một cách cố ý như mộthệ thống hai giá trịvới hệ thống sưởi trợ giúp.
Vì vậy, đối với các dự án khí hậu lạnh, công suất sưởi ấm nhiệt độ thấp thường quan trọng hơn so với kW danh nghĩa được in trên danh mục.
Đối với các hệ thống bơm nhiệt không khí-nước có thể đảo ngược, một câu hỏi khác xuất hiện:
Chúng ta có nên định kích thước máy bơm nhiệt theo tải trọng sưởi ấm hoặc tải trọng làm mát?
Câu trả lời phụ thuộc vào khí hậu.
Trong khí hậu lạnh, tải trọng sưởi ấm thường chiếm ưu thế.
Vì vậy, máy bơm nhiệt thường được lựa chọn theotải trọng sưởi ấm thiết kế mùa đông, sau khi kiểm tra khả năng sưởi ấm không gian thấp.
Khả năng làm mát mùa hè sau đó có thể tự động đủ.
Tình hình có thể khác nhau trong khí hậu với cả nhu cầu sưởi ấm và làm mát đáng kể.
Giả sử một tòa nhà thương mại có:
nhưng:
Đặt kích thước toàn bộ máy bơm nhiệt cho 1.500 kW chỉ vì đỉnh làm mát có thể tạo ra một hệ thống sưởi quá lớn.
Một giải pháp kỹ thuật có thể là một nhà máy lai:
Máy bơm nhiệt không khí-nước → sưởi ấm cơ sở + làm mát một phần
cộng
Máy làm mát → làm mát đỉnh bổ sung
Điều này có thể cung cấp việc sử dụng thiết bị tốt hơn và hoạt động nhà máy linh hoạt hơn.
Cấu hình chính xác nên được xác định bởi hồ sơ tải, khí hậu, giờ hoạt động, giá điện, yêu cầu dư thừa và chi phí vòng đời, không chỉ là công suất cao điểm.
Trong nhiều dự án thay thế nồi hơi, tòa nhà đã có các đơn vị cuộn quạt thủy lực.
Tin tốt là:
Các cuộn dây quạt hiện có không cần phải tự động thay thế.
Nhưng hiệu suất của chúng phải được xác minh ở nhiệt độ hoạt động mới.
Khả năng của cuộn dây quạt phụ thuộc rất nhiều vào sự khác biệt nhiệt độ giữa nước đi vào cuộn dây và không khí trong phòng.Các bảng hiệu suất của nhà sản xuất nên được sử dụng khi có sẵn(Caleffi SpA)
Ví dụ, một cuộn dây quạt ban đầu được thiết kế xung quanh:
Hệ thống nồi hơi
70°C cung cấp / 60°C trở lại
có thể cung cấp nhiệt ít hơn đáng kể khi hoạt động ở:
Hệ thống bơm nhiệt
45°C cung cấp / 40°C trở lại.
Vậy câu hỏi đúng không phải là:
Một cuộn dây quạt có thể hoạt động với nước 45°C không?
Đó là:
Có thể cung cấp công suất sưởi ấm phòng cần thiết ở nước 45 ° C trong điều kiện lưu lượng không khí và lưu lượng nước thực tế?
Sự phân biệt đó vô cùng quan trọng.
Hệ thống cuộn dây quạt có một lợi thế lớn trong các dự án cải tạo bơm nhiệt:
Cùng một đầu cuối thường có thể cung cấp cả sưởi ấm và làm mát.
Trong mùa đông:
Máy bơm nhiệt nguồn không khí → nước ấm → cuộn quạt → sưởi ấm không gian
Vào mùa hè:
Máy bơm nhiệt nguồn không khí → nước lạnh → cuộn quạt → làm mát không gian
Điều này làm cho cuộn quạt đặc biệt hấp dẫn cho khách sạn, văn phòng, trường học, căn hộ và tòa nhà thương mại đòi hỏi HVAC quanh năm.
Tuy nhiên, khi sử dụng nước lạnh, hệ thống cuộn và hệ thống đường ống của quạt cũng phải được thiết kế để kiểm soát ngưng tụ, bao gồm cách nhiệt thích hợp và thoát nước ngưng tụ.
Hướng dẫn thiết kế hydronic hiện đại cũng công nhận cuộn dây quạt là chất phát nhiệt hữu ích cho máy bơm nhiệt không khí-nước,đặc biệt khi được thiết kế với bề mặt trao đổi nhiệt đủ lớn cho nhiệt độ nước thấp hơn(Caleffi SpA)
Không nhất thiết.
Mối quan hệ cơ bản chi phối chuyển nhiệt trong mạch thủy điện là:
Ở đâu:
Q= Tỷ lệ chuyển nhiệt
ṁ= Tỷ lệ lưu lượng khối lượng nước
Cp= công suất nhiệt riêng
ΔT= sự khác biệt nhiệt độ nước cung cấp-trở lại
Phương trình này giải thích một trong những khác biệt quan trọng nhất giữa hệ thống nước nồi hơi và bơm nhiệt.
Đối với cùng một tốc độ chuyển nhiệt:
Do đó, khi thiết kế ΔT trở nên nhỏ hơn, dòng chảy nước cần thiết trở nên lớn hơn. (Caleffi SpA)
Hãy xem xét một ví dụ đơn giản.
Một hệ thống phải chuyển:
Đối với nước, một cách gần đúng bằng số liệu là:
Do đó:
Vì vậy, giảm ΔT từ 10 ° C đến 5 ° C khoảngtăng gấp đôi lượng nước cần thiết.
Đây là lý do tại sao thay thế nồi hơi bằng máy bơm nhiệt có thể gây ra các vấn đề thủy lực ngay cả khi công suất sưởi ấm đã được tính toán chính xác.
Các đường ống hiện có có thể chỉ đơn giản là quá nhỏ cho dòng chảy bơm nhiệt cần thiết.
Một phản ứng phổ biến là:
Nếu dòng chảy quá thấp, chỉ cần lắp đặt một máy bơm lưu thông lớn hơn.
Đôi khi điều này có hiệu quả.
Đôi khi nó tạo ra một vấn đề khác.
Tăng đầu bơm không thể bù đắp vô thời hạn cho đường ống không đủ kích thước.
tăng giảm áp suất;
tiêu thụ điện bơm cao hơn;
tiếng ồn dòng chảy;
tiếng ồn van;
rủi ro xói mòn;
cân bằng thủy lực kém;
dòng chảy không đủ ở các nhánh xa.
Do đó, thủ tục chính xác là:
Công suất nhiệt cần thiết → dòng chảy nước cần thiết → giảm áp suất ống → đầu bơm có sẵn → lựa chọn bơm lưu thông
thay vì lựa chọn máy bơm một cách độc lập.
Thay thế tất cả các đường ống thủy điện hiện có có thể làm cho việc cải tiến cực kỳ tốn kém và gây gián đoạn.
Do đó, các kỹ sư trước tiên nên điều tra xem mạng lưới hiện có có thể vẫn được sử dụng hay không.
Kiểm tra:
đường kính ống chính;
đường kính ống nhánh;
chiều dài ống;
Bộ kết hợp và mất áp suất van;
đường cong bơm hiện có;
áp suất khác biệt có sẵn;
Dòng lượng bơm nhiệt cần thiết;
Tốc độ nước cho phép;
cân bằng thủy lực.
Nếu đường ống hiện có có thể chịu được dòng chảy yêu cầu ở mức giảm áp suất và tốc độ chấp nhận được, có thể không có lý do để thay thế nó.
Đây là một trong những cơ hội lớn nhất để giảm chi phí nâng cấp.
Sản phẩm sưởi ấm sàn thủy điện hiện có thường thậm chí còn phù hợp hơn với máy bơm nhiệt so với máy sưởi thông thường.
Sao lại thế?
Bởi vì hệ thống sưởi ấm sàn sử dụng một bề mặt phát nhiệt rất lớn.
Một khu vực chuyển nhiệt lớn hơn cho phép tòa nhà được sưởi ấm bằng nhiệt độ nước tương đối thấp.
Đó chính xác là những gì một máy bơm nhiệt thích.
Modern heat-pump design guidance identifies well-designed floor heating as particularly suitable for air-to-water heat pumps because it can deliver the required room heat output at relatively low supply water temperatures, cải thiện hiệu quả bơm nhiệt. (Caleffi SpA)
Hoạt động sưởi ấm nhiệt độ thấp điển hình có thể khoảng:
30~35°C nước cung cấp
hoặc
35~40°C nước cung cấp
tùy thuộc vào tải trọng xây dựng, cấu trúc sàn, khoảng cách đường ống, lớp phủ sàn và điều kiện ngoài trời.
Nhiệt độ thiết kế thực tế phải luôn được tính toán thay vì giả định.
Vòng mạch sưởi ấm sàn hiện có thể đã được thiết kế cho sự khác biệt nhiệt độ cung cấp-trở lại lớn hơn so với bơm nhiệt yêu cầu.
Giả sử mạch sàn cũ hoạt động tại:
nhưng máy bơm nhiệt cần khoảng:
Đối với cùng một công suất sưởi ấm, phía máy bơm nhiệt đòi hỏi lưu lượng nước gấp đôi.
Điều này có thể tạo ra sự không phù hợp giữa:
Dòng chảy cần thiết của máy bơm nhiệt
và
Capacity flow circuit UFH hiện có.
Điều này không có nghĩa là tất cả các đường ống sưởi ấm sàn phải được thay thế.
Thay vào đó, hệ thống thủy lực cần được thiết kế lại đúng cách.
Một giải pháp hiệu quả là tách mạch bơm nhiệt bằng thủy lực khỏi mạch phân phối tòa nhà.
Một sự sắp xếp điển hình là:
Máy bơm nhiệt → Máy bơm chính → Bể đệm / bộ tách thủy lực → Máy bơm thứ cấp → Hệ thống UFH hoặc cuộn quạt hiện có
Điều này cho phép mạch bơm nhiệt duy trì dòng chảy được yêu cầu bởi máy bơm nhiệt trong khi mạch tòa nhà hiện có hoạt động với tốc độ dòng chảy khác.
Điều này đặc biệt hữu ích khi:
một số vùng sưởi ấm mở và đóng một cách độc lập;
dòng chảy phân phối hiện tại khác với dòng chảy bơm nhiệt;
nhiều máy bơm nhiệt hoạt động theo chuỗi;
sử dụng cả cuộn quạt và hệ thống sưởi ấm sàn;
phải duy trì khối lượng hệ thống bơm nhiệt tối thiểu;
Hoạt động tan băng đòi hỏi năng lượng nhiệt được lưu trữ.
Phân tách thủy lực cho phép các bộ lưu thông chính và thứ cấp hoạt động ở tốc độ lưu lượng ổn định nhưng có khả năng khác nhau. (Caleffi SpA)
Máy sưởi đòi hỏi phải đánh giá cẩn thận hơn.
Nhiều hệ thống nồi hơi cũ hơn được thiết kế xung quanh nhiệt độ nước tương đối cao.
Do đó, một máy bơm nhiệt hoạt động ở nhiệt độ nước thấp hơn nhiều có thể tạo ra công suất bộ tản nhiệt không đủ.
Các giải pháp có thể bao gồm:
Tăng kích thước bộ tản nhiệt;
bổ sung thêm các bộ tản nhiệt;
lắp đặt các lò sưởi hỗ trợ quạt;
cải thiện độ cách nhiệt của tòa nhà;
Giảm mất nhiệt của tòa nhà;
sử dụng cuộn quạt nhiệt độ thấp;
chọn một máy bơm nhiệt có khả năng để nhiệt độ nước cao hơn khi cần thiết.
Mục tiêu vẫn phải là:
Sử dụng nhiệt độ nước cung cấp thấp nhất có thể đáp ứng tải trọng sưởi ấm tòa nhà.
Nhiệt độ nước yêu cầu thấp hơn thường cho phép máy bơm nhiệt không khí-nước hoạt động ở COP cao hơn. (Caleffi SpA)
Sau khi trang bị lại, tổng lưu lượng hệ thống có thể là chính xác trong khi một số phòng vẫn không đủ sưởi ấm.
Sao lại thế?
Bởi vì nước đi theo con đường có kháng cự ít nhất.
Các mạch ngắn có thể nhận được dòng chảy quá mức trong khi các mạch dài bị đói.
Do đó, việc đưa vào sử dụng các thiết bị sau trang bị nên bao gồm:
cân bằng chi nhánh;
điều chỉnh dòng chảy đa năng;
xác minh áp suất khác biệt;
điều chỉnh tốc độ bơm;
đo nhiệt độ cung cấp/trở lại;
xác minh dòng chảy đầu cuối.
Các mạch thủy điện song song đặc biệt hữu ích vì các nhánh riêng lẻ có thể được cân bằng và điều khiển độc lập. (Caleffi SpA)
Đối với các dự án kỹ thuật, quá trình có thể được tóm tắt như sau:
Bước 1 Ước tính tải trọng của tòa nhà
Xác định tải nhiệt thiết kế và, nếu cần thiết, tải làm mát.
↓
Bước 2 Định các điều kiện thiết kế ngoài trời
Sử dụng nhiệt độ thiết kế mùa đông và mùa hè.
↓
Bước 3: Chọn công suất bơm nhiệt
Kiểm tra hiệu suất sưởi ấm / làm mát thực tế ở nhiệt độ bên ngoài yêu cầu và nhiệt độ nước ra ngoài.
↓
Bước 4 Định nhiệt độ nước cung cấp cần thiết
Đánh giá các cuộn dây quạt, lò sưởi hoặc hệ thống sưởi sàn hiện có.
↓
Bước 5 ️ Tính toán dòng nước cần thiết
Sử dụng:
↓
Bước 6: Kiểm tra hệ thống đường ống hiện có
Kiểm tra đường kính, giảm áp suất và tốc độ cho phép.
↓
Bước 7: Chọn máy bơm lưu thông
Sử dụng dòng chảy thiết kế và điện trở hệ thống được tính toán, không chỉ đường kính ống.
↓
Bước 8 Định quyết định liệu cần tách thủy lực hay không
Hãy xem xét các bể đệm, bộ tách thủy lực và bơm ban đầu - thứ cấp.
↓
Giai đoạn 9 ️ Số dư và hoa hồng
đo lưu lượng thực tế, nhiệt độ cung cấp, nhiệt độ trở lại và ΔT trong điều kiện hoạt động.
Hãy xem xét một tòa nhà thương mại với tải trọng sưởi ấm theo thiết kế là:
Nếu hệ thống bơm nhiệt được thiết kế xung quanh:
sau đó:
Điều này có nghĩa là mạch thủy điện chính phải có khả năng vận chuyển khoảng86 m3/htrong điều kiện thiết kế.
Nếu mạch nồi hơi hiện tại được thiết kế xung quanh:
dòng chảy thiết kế trước đó của nó chỉ có thể là:
Vì vậy, máy bơm nhiệt mới có thể yêu cầu khoảnggấp đôi dòng chảy nước thiết kế.
Tính toán đơn giản đó ngay lập tức cho kỹ sư biết những gì cần được điều tra:
Mạng lưới đường ống và máy bơm hiện có có thể xử lý dòng chảy tăng không?
Nếu có, phần lớn hệ thống ban đầu có thể vẫn còn.
Nếu không, cần sửa đổi thủy lực.
Một sự cải tiến thành công đòi hỏi ba hệ thống để phù hợp với nhau:
Máy bơm nhiệt phải cung cấp đủ công suất trong điều kiện ngoài trời thực tế.
Các đường ống và máy bơm phải cung cấp đủ dòng nước.
Các cuộn dây quạt, lò sưởi hoặc hệ thống sưởi sàn phải cung cấp năng lượng phòng đủ ở nhiệt độ nước đã chọn.
Nếu một trong ba thiết kế này không được thiết kế chính xác, hệ thống có thể gặp phải:
không đủ nhiệt → nhiệt độ nước cao → COP thấp hơn → tiêu thụ điện cao hơn → trải nghiệm khách hàng kém.
Đây là lý do tại sao các máy bơm nhiệt phải luôn luôn được coi là mộtDự án kỹ thuật hệ thống thủy điện hoàn chỉnh, thay vì chỉ đơn giản là thay thế thiết bị.
Đôi khi, nhưng hệ thống hiện có trước tiên nên được kiểm tra tải trọng nhiệt, nhiệt độ nước cần thiết, đầu ra đầu cuối, dòng chảy nước, đường kính ống và công suất bơm lưu thông.Một thay thế trực tiếp một cho một mà không có phân tích thủy lực có thể dẫn đến hiệu suất kém.
Vâng, trong nhiều trường hợp. Tuy nhiên, khả năng sưởi ấm của chúng phải được kiểm tra ở nhiệt độ nước thấp hơn thường liên quan đến hoạt động bơm nhiệt.Dữ liệu hiệu suất của nhà sản xuất nên được sử dụng khi có sẵn.
Thông thường thì có. Nhiệt sàn thủy điện đặc biệt phù hợp với máy bơm nhiệt vì diện tích phát thải lớn của nó cho phép nhiệt độ nước cung cấp tương đối thấp.
Chuyển nhiệt phụ thuộc vào cả dòng chảy nước và sự khác biệt nhiệt độ cung cấp-trở lại.
Không nhất thiết. Các đường ống hiện có nên được kiểm tra thủy lực đối với dòng chảy mới yêu cầu và giảm áp suất. Nếu dòng chảy chấp nhận được có thể đạt được mà không có tốc độ quá cao hoặc đầu bơm,các ống có thể vẫn còn.
Nó phụ thuộc vào thiết kế hệ thống. Một bể đệm hoặc bộ tách thủy lực có thể hữu ích khi máy bơm nhiệt và mạch xây dựng yêu cầu tốc độ dòng chảy khác nhau, khi nhiều vùng thường xuyên đóng lại,khi cần thêm khối lượng hệ thống, hoặc khi cần hoạt động tan băng ổn định.
Cả hai đều có thể hoạt động rất tốt. Sưởi ấm sàn cung cấp hiệu quả sưởi ấm nhiệt độ thấp tuyệt vời, trong khi cuộn dây quạt có thể cung cấp cả sưởi ấm và làm mát bằng nước lạnh.Lựa chọn tốt nhất phụ thuộc vào loại tòa nhà, nhu cầu sưởi ấm / làm mát và cơ sở hạ tầng phân phối hiện có.
Thay thế nồi hơi bằng máy bơm nhiệt nguồn không khí không chủ yếu là vấn đề tìm một máy bơm nhiệt với cùng một mã số kW.
Câu hỏi kỹ thuật thực sự là:
Máy bơm nhiệt, hệ thống phân phối thủy điện và các máy phát nhiệt hiện có có thể hoạt động cùng nhau ở nhiệt độ nước, tốc độ lưu lượng và tải thiết kế cần thiết không?
Do đó, việc nâng cấp chuyên nghiệp bắt đầu với việc tính toán tải trọng của tòa nhà, sau đó là lựa chọn hiệu suất bơm nhiệt, xác minh đầu cuối và phân tích thủy lực.
Các dây chuyền quạt và hệ thống sưởi ấm sàn hiện có thường có thể được giữ lại, có thể giảm đáng kể chi phí cải tạo.Nhiệt độ nước, ΔT, dòng chảy, giảm áp suất ống, hiệu suất bơm tuần hoàn và công suất đầu cuối.
Khi các yếu tố này phù hợp đúng, chuyển đổi hệ thống thủy điện dựa trên nồi hơi thành máy bơm nhiệt không khí-nước có thể cung cấp nhiệt hiệu quả,làm mát và tiết kiệm năng lượng lâu dài mà không cần thiết phải xây dựng lại toàn bộ hệ thống phân phối.
Các phương trình và ví dụ ở trên được dùng để hiểu kỹ thuật sơ bộ.Dữ liệu thời tiết thiết kế địa phương, tính toán thủy lực và dữ liệu hiệu suất được chứng nhận của nhà sản xuất máy bơm nhiệt / quạt cuộn dây.
Wotech giải pháp bơm nhiệt nguồn không khí chuyên nghiệp
Đối với các giải pháp bơm nhiệt từ không khí sang nước cho nhà ở, thương mại và OEM, bao gồm cả các ứng dụng sưởi ấm nhiệt độ thấp, cuộn quạt và sưởi ấm sàn, hãy truy cập:
Thay thế nồi hơi khí, dầu hoặc điện truyền thống bằng nồi hơibơm nhiệt không khí-nướcđang ngày càng phổ biến trong các dự án cải tạo nhà ở, thương mại và các tòa nhà công cộng.
Tuy nhiên, việc cải tiến thành công không chỉ đơn giản là:
Loại bỏ nồi hơi → lắp đặt một máy bơm nhiệt → kết nối các đường ống hiện có.
Một máy bơm nhiệt và một nồi hơi hoạt động trong điều kiện thủy lực và nhiệt độ rất khác nhau.
Một nồi hơi thường có thể cung cấp nhiệt độ nước tương đối cao với sự khác biệt nhiệt độ tương đối lớn giữa nước cung cấp và nước trở lại.thường đạt hiệu quả tốt nhất khi cung cấp nước nhiệt độ thấp với dòng chảy nước được kiểm soát cẩn thận.
Điều này có nghĩa là trước khi thay thế nồi hơi, các kỹ sư nên trả lời một số câu hỏi quan trọng:
Trọng lượng sưởi ấm và làm mát thực tế của tòa nhà là bao nhiêu?
Máy bơm nhiệt nên cung cấp công suất bao nhiêu ở nhiệt độ bên ngoài thiết kế?
Các cuộn dây quạt hiện có, bộ tản nhiệt hoặc hệ thống sưởi ấm sàn có thể hoạt động ở nhiệt độ nước mới không?
Các đường ống hiện có có đủ nước không?
Máy bơm lưu thông hiện tại có phù hợp không?
Có cần phân tách thủy lực, bể đệm hoặc mạch phụ không?
Hiểu được những câu hỏi này là chìa khóa cho một hệ thống cải tạo từ nồi hơi thành bơm nhiệt đáng tin cậy.
Một trong những sai lầm phổ biến nhất trong việc trang bị lại máy bơm nhiệt là lựa chọn một máy bơm nhiệt mới theo công suất được in trên bảng tên nồi hơi hiện có.
Ví dụ:
Công suất nồi hơi hiện tại = 100 kW
Do đó, lắp đặt một máy bơm nhiệt 100 kW.
Cách tiếp cận này có thể gây nhầm lẫn nghiêm trọng.
Các nồi hơi truyền thống thường có kích thước quá lớn và công suất danh nghĩa của chúng không nhất thiết đại diện cho nhu cầu sưởi ấm đỉnh thực tế của tòa nhà.
Vì vậy, điểm khởi đầu chính xác làTrọng lượng sưởi ấm thiết kế.
Trong các dự án đòi hỏi làm mát, tải làm mát thiết kế cũng phải được tính toán.
Một ước tính sơ bộ đơn giản có thể sử dụng:
Ở đâu:
Q= Trọng lượng xây dựng ước tính, W
A= diện tích sàn điều hòa, m2
q= tải lượng đơn vị ước tính, W/m2
Ví dụ, nếu một tòa nhà 10.000 m2 có tải trọng sưởi ước tính 70 W/m2:
Do đó:
Tuy nhiên, các giá trị W/m2 chỉ nên được sử dụng choước tính sơ bộ.
Lựa chọn cuối cùng của máy bơm nhiệt nên được dựa trên một tính toán đúng về mất mát nhiệt / tăng nhiệt của tòa nhà, xem xét cách nhiệt, kính, thông gió / thâm nhập, chiếm dụng, tăng nhiệt bên trong,Nhiệt độ thiết kế ngoài trời và nhiệt độ trong nhà cần thiết.
Điều này đặc biệt quan trọng đối với máy bơm nhiệt nguồn không khí.
Một máy bơm nhiệt được quảng cáo là một máy bơm nhiệt 20 kW không nhất thiết cung cấp 20 kW trong tất cả các điều kiện ngoài trời.
Khi nhiệt độ không khí ngoài trời giảm, công suất sưởi ấm có sẵn và COP của máy bơm nhiệt nguồn không khí có thể thay đổi đáng kể.
Do đó, các kỹ sư không nên chọn thiết bị chỉ dựa trên các điều kiện danh nghĩa như:
A7/W35
Thay vào đó, năng lực nên được kiểm tra với điều kiện thiết kế dự án thực tế, ví dụ:
A7/W35
A2/W35
A−7/W35
A−15/W45
A-20/W55
tùy thuộc vào khí hậu và ứng dụng.
Nguyên tắc chính xác là:
trừ khi hệ thống đã được thiết kế một cách cố ý như mộthệ thống hai giá trịvới hệ thống sưởi trợ giúp.
Vì vậy, đối với các dự án khí hậu lạnh, công suất sưởi ấm nhiệt độ thấp thường quan trọng hơn so với kW danh nghĩa được in trên danh mục.
Đối với các hệ thống bơm nhiệt không khí-nước có thể đảo ngược, một câu hỏi khác xuất hiện:
Chúng ta có nên định kích thước máy bơm nhiệt theo tải trọng sưởi ấm hoặc tải trọng làm mát?
Câu trả lời phụ thuộc vào khí hậu.
Trong khí hậu lạnh, tải trọng sưởi ấm thường chiếm ưu thế.
Vì vậy, máy bơm nhiệt thường được lựa chọn theotải trọng sưởi ấm thiết kế mùa đông, sau khi kiểm tra khả năng sưởi ấm không gian thấp.
Khả năng làm mát mùa hè sau đó có thể tự động đủ.
Tình hình có thể khác nhau trong khí hậu với cả nhu cầu sưởi ấm và làm mát đáng kể.
Giả sử một tòa nhà thương mại có:
nhưng:
Đặt kích thước toàn bộ máy bơm nhiệt cho 1.500 kW chỉ vì đỉnh làm mát có thể tạo ra một hệ thống sưởi quá lớn.
Một giải pháp kỹ thuật có thể là một nhà máy lai:
Máy bơm nhiệt không khí-nước → sưởi ấm cơ sở + làm mát một phần
cộng
Máy làm mát → làm mát đỉnh bổ sung
Điều này có thể cung cấp việc sử dụng thiết bị tốt hơn và hoạt động nhà máy linh hoạt hơn.
Cấu hình chính xác nên được xác định bởi hồ sơ tải, khí hậu, giờ hoạt động, giá điện, yêu cầu dư thừa và chi phí vòng đời, không chỉ là công suất cao điểm.
Trong nhiều dự án thay thế nồi hơi, tòa nhà đã có các đơn vị cuộn quạt thủy lực.
Tin tốt là:
Các cuộn dây quạt hiện có không cần phải tự động thay thế.
Nhưng hiệu suất của chúng phải được xác minh ở nhiệt độ hoạt động mới.
Khả năng của cuộn dây quạt phụ thuộc rất nhiều vào sự khác biệt nhiệt độ giữa nước đi vào cuộn dây và không khí trong phòng.Các bảng hiệu suất của nhà sản xuất nên được sử dụng khi có sẵn(Caleffi SpA)
Ví dụ, một cuộn dây quạt ban đầu được thiết kế xung quanh:
Hệ thống nồi hơi
70°C cung cấp / 60°C trở lại
có thể cung cấp nhiệt ít hơn đáng kể khi hoạt động ở:
Hệ thống bơm nhiệt
45°C cung cấp / 40°C trở lại.
Vậy câu hỏi đúng không phải là:
Một cuộn dây quạt có thể hoạt động với nước 45°C không?
Đó là:
Có thể cung cấp công suất sưởi ấm phòng cần thiết ở nước 45 ° C trong điều kiện lưu lượng không khí và lưu lượng nước thực tế?
Sự phân biệt đó vô cùng quan trọng.
Hệ thống cuộn dây quạt có một lợi thế lớn trong các dự án cải tạo bơm nhiệt:
Cùng một đầu cuối thường có thể cung cấp cả sưởi ấm và làm mát.
Trong mùa đông:
Máy bơm nhiệt nguồn không khí → nước ấm → cuộn quạt → sưởi ấm không gian
Vào mùa hè:
Máy bơm nhiệt nguồn không khí → nước lạnh → cuộn quạt → làm mát không gian
Điều này làm cho cuộn quạt đặc biệt hấp dẫn cho khách sạn, văn phòng, trường học, căn hộ và tòa nhà thương mại đòi hỏi HVAC quanh năm.
Tuy nhiên, khi sử dụng nước lạnh, hệ thống cuộn và hệ thống đường ống của quạt cũng phải được thiết kế để kiểm soát ngưng tụ, bao gồm cách nhiệt thích hợp và thoát nước ngưng tụ.
Hướng dẫn thiết kế hydronic hiện đại cũng công nhận cuộn dây quạt là chất phát nhiệt hữu ích cho máy bơm nhiệt không khí-nước,đặc biệt khi được thiết kế với bề mặt trao đổi nhiệt đủ lớn cho nhiệt độ nước thấp hơn(Caleffi SpA)
Không nhất thiết.
Mối quan hệ cơ bản chi phối chuyển nhiệt trong mạch thủy điện là:
Ở đâu:
Q= Tỷ lệ chuyển nhiệt
ṁ= Tỷ lệ lưu lượng khối lượng nước
Cp= công suất nhiệt riêng
ΔT= sự khác biệt nhiệt độ nước cung cấp-trở lại
Phương trình này giải thích một trong những khác biệt quan trọng nhất giữa hệ thống nước nồi hơi và bơm nhiệt.
Đối với cùng một tốc độ chuyển nhiệt:
Do đó, khi thiết kế ΔT trở nên nhỏ hơn, dòng chảy nước cần thiết trở nên lớn hơn. (Caleffi SpA)
Hãy xem xét một ví dụ đơn giản.
Một hệ thống phải chuyển:
Đối với nước, một cách gần đúng bằng số liệu là:
Do đó:
Vì vậy, giảm ΔT từ 10 ° C đến 5 ° C khoảngtăng gấp đôi lượng nước cần thiết.
Đây là lý do tại sao thay thế nồi hơi bằng máy bơm nhiệt có thể gây ra các vấn đề thủy lực ngay cả khi công suất sưởi ấm đã được tính toán chính xác.
Các đường ống hiện có có thể chỉ đơn giản là quá nhỏ cho dòng chảy bơm nhiệt cần thiết.
Một phản ứng phổ biến là:
Nếu dòng chảy quá thấp, chỉ cần lắp đặt một máy bơm lưu thông lớn hơn.
Đôi khi điều này có hiệu quả.
Đôi khi nó tạo ra một vấn đề khác.
Tăng đầu bơm không thể bù đắp vô thời hạn cho đường ống không đủ kích thước.
tăng giảm áp suất;
tiêu thụ điện bơm cao hơn;
tiếng ồn dòng chảy;
tiếng ồn van;
rủi ro xói mòn;
cân bằng thủy lực kém;
dòng chảy không đủ ở các nhánh xa.
Do đó, thủ tục chính xác là:
Công suất nhiệt cần thiết → dòng chảy nước cần thiết → giảm áp suất ống → đầu bơm có sẵn → lựa chọn bơm lưu thông
thay vì lựa chọn máy bơm một cách độc lập.
Thay thế tất cả các đường ống thủy điện hiện có có thể làm cho việc cải tiến cực kỳ tốn kém và gây gián đoạn.
Do đó, các kỹ sư trước tiên nên điều tra xem mạng lưới hiện có có thể vẫn được sử dụng hay không.
Kiểm tra:
đường kính ống chính;
đường kính ống nhánh;
chiều dài ống;
Bộ kết hợp và mất áp suất van;
đường cong bơm hiện có;
áp suất khác biệt có sẵn;
Dòng lượng bơm nhiệt cần thiết;
Tốc độ nước cho phép;
cân bằng thủy lực.
Nếu đường ống hiện có có thể chịu được dòng chảy yêu cầu ở mức giảm áp suất và tốc độ chấp nhận được, có thể không có lý do để thay thế nó.
Đây là một trong những cơ hội lớn nhất để giảm chi phí nâng cấp.
Sản phẩm sưởi ấm sàn thủy điện hiện có thường thậm chí còn phù hợp hơn với máy bơm nhiệt so với máy sưởi thông thường.
Sao lại thế?
Bởi vì hệ thống sưởi ấm sàn sử dụng một bề mặt phát nhiệt rất lớn.
Một khu vực chuyển nhiệt lớn hơn cho phép tòa nhà được sưởi ấm bằng nhiệt độ nước tương đối thấp.
Đó chính xác là những gì một máy bơm nhiệt thích.
Modern heat-pump design guidance identifies well-designed floor heating as particularly suitable for air-to-water heat pumps because it can deliver the required room heat output at relatively low supply water temperatures, cải thiện hiệu quả bơm nhiệt. (Caleffi SpA)
Hoạt động sưởi ấm nhiệt độ thấp điển hình có thể khoảng:
30~35°C nước cung cấp
hoặc
35~40°C nước cung cấp
tùy thuộc vào tải trọng xây dựng, cấu trúc sàn, khoảng cách đường ống, lớp phủ sàn và điều kiện ngoài trời.
Nhiệt độ thiết kế thực tế phải luôn được tính toán thay vì giả định.
Vòng mạch sưởi ấm sàn hiện có thể đã được thiết kế cho sự khác biệt nhiệt độ cung cấp-trở lại lớn hơn so với bơm nhiệt yêu cầu.
Giả sử mạch sàn cũ hoạt động tại:
nhưng máy bơm nhiệt cần khoảng:
Đối với cùng một công suất sưởi ấm, phía máy bơm nhiệt đòi hỏi lưu lượng nước gấp đôi.
Điều này có thể tạo ra sự không phù hợp giữa:
Dòng chảy cần thiết của máy bơm nhiệt
và
Capacity flow circuit UFH hiện có.
Điều này không có nghĩa là tất cả các đường ống sưởi ấm sàn phải được thay thế.
Thay vào đó, hệ thống thủy lực cần được thiết kế lại đúng cách.
Một giải pháp hiệu quả là tách mạch bơm nhiệt bằng thủy lực khỏi mạch phân phối tòa nhà.
Một sự sắp xếp điển hình là:
Máy bơm nhiệt → Máy bơm chính → Bể đệm / bộ tách thủy lực → Máy bơm thứ cấp → Hệ thống UFH hoặc cuộn quạt hiện có
Điều này cho phép mạch bơm nhiệt duy trì dòng chảy được yêu cầu bởi máy bơm nhiệt trong khi mạch tòa nhà hiện có hoạt động với tốc độ dòng chảy khác.
Điều này đặc biệt hữu ích khi:
một số vùng sưởi ấm mở và đóng một cách độc lập;
dòng chảy phân phối hiện tại khác với dòng chảy bơm nhiệt;
nhiều máy bơm nhiệt hoạt động theo chuỗi;
sử dụng cả cuộn quạt và hệ thống sưởi ấm sàn;
phải duy trì khối lượng hệ thống bơm nhiệt tối thiểu;
Hoạt động tan băng đòi hỏi năng lượng nhiệt được lưu trữ.
Phân tách thủy lực cho phép các bộ lưu thông chính và thứ cấp hoạt động ở tốc độ lưu lượng ổn định nhưng có khả năng khác nhau. (Caleffi SpA)
Máy sưởi đòi hỏi phải đánh giá cẩn thận hơn.
Nhiều hệ thống nồi hơi cũ hơn được thiết kế xung quanh nhiệt độ nước tương đối cao.
Do đó, một máy bơm nhiệt hoạt động ở nhiệt độ nước thấp hơn nhiều có thể tạo ra công suất bộ tản nhiệt không đủ.
Các giải pháp có thể bao gồm:
Tăng kích thước bộ tản nhiệt;
bổ sung thêm các bộ tản nhiệt;
lắp đặt các lò sưởi hỗ trợ quạt;
cải thiện độ cách nhiệt của tòa nhà;
Giảm mất nhiệt của tòa nhà;
sử dụng cuộn quạt nhiệt độ thấp;
chọn một máy bơm nhiệt có khả năng để nhiệt độ nước cao hơn khi cần thiết.
Mục tiêu vẫn phải là:
Sử dụng nhiệt độ nước cung cấp thấp nhất có thể đáp ứng tải trọng sưởi ấm tòa nhà.
Nhiệt độ nước yêu cầu thấp hơn thường cho phép máy bơm nhiệt không khí-nước hoạt động ở COP cao hơn. (Caleffi SpA)
Sau khi trang bị lại, tổng lưu lượng hệ thống có thể là chính xác trong khi một số phòng vẫn không đủ sưởi ấm.
Sao lại thế?
Bởi vì nước đi theo con đường có kháng cự ít nhất.
Các mạch ngắn có thể nhận được dòng chảy quá mức trong khi các mạch dài bị đói.
Do đó, việc đưa vào sử dụng các thiết bị sau trang bị nên bao gồm:
cân bằng chi nhánh;
điều chỉnh dòng chảy đa năng;
xác minh áp suất khác biệt;
điều chỉnh tốc độ bơm;
đo nhiệt độ cung cấp/trở lại;
xác minh dòng chảy đầu cuối.
Các mạch thủy điện song song đặc biệt hữu ích vì các nhánh riêng lẻ có thể được cân bằng và điều khiển độc lập. (Caleffi SpA)
Đối với các dự án kỹ thuật, quá trình có thể được tóm tắt như sau:
Bước 1 Ước tính tải trọng của tòa nhà
Xác định tải nhiệt thiết kế và, nếu cần thiết, tải làm mát.
↓
Bước 2 Định các điều kiện thiết kế ngoài trời
Sử dụng nhiệt độ thiết kế mùa đông và mùa hè.
↓
Bước 3: Chọn công suất bơm nhiệt
Kiểm tra hiệu suất sưởi ấm / làm mát thực tế ở nhiệt độ bên ngoài yêu cầu và nhiệt độ nước ra ngoài.
↓
Bước 4 Định nhiệt độ nước cung cấp cần thiết
Đánh giá các cuộn dây quạt, lò sưởi hoặc hệ thống sưởi sàn hiện có.
↓
Bước 5 ️ Tính toán dòng nước cần thiết
Sử dụng:
↓
Bước 6: Kiểm tra hệ thống đường ống hiện có
Kiểm tra đường kính, giảm áp suất và tốc độ cho phép.
↓
Bước 7: Chọn máy bơm lưu thông
Sử dụng dòng chảy thiết kế và điện trở hệ thống được tính toán, không chỉ đường kính ống.
↓
Bước 8 Định quyết định liệu cần tách thủy lực hay không
Hãy xem xét các bể đệm, bộ tách thủy lực và bơm ban đầu - thứ cấp.
↓
Giai đoạn 9 ️ Số dư và hoa hồng
đo lưu lượng thực tế, nhiệt độ cung cấp, nhiệt độ trở lại và ΔT trong điều kiện hoạt động.
Hãy xem xét một tòa nhà thương mại với tải trọng sưởi ấm theo thiết kế là:
Nếu hệ thống bơm nhiệt được thiết kế xung quanh:
sau đó:
Điều này có nghĩa là mạch thủy điện chính phải có khả năng vận chuyển khoảng86 m3/htrong điều kiện thiết kế.
Nếu mạch nồi hơi hiện tại được thiết kế xung quanh:
dòng chảy thiết kế trước đó của nó chỉ có thể là:
Vì vậy, máy bơm nhiệt mới có thể yêu cầu khoảnggấp đôi dòng chảy nước thiết kế.
Tính toán đơn giản đó ngay lập tức cho kỹ sư biết những gì cần được điều tra:
Mạng lưới đường ống và máy bơm hiện có có thể xử lý dòng chảy tăng không?
Nếu có, phần lớn hệ thống ban đầu có thể vẫn còn.
Nếu không, cần sửa đổi thủy lực.
Một sự cải tiến thành công đòi hỏi ba hệ thống để phù hợp với nhau:
Máy bơm nhiệt phải cung cấp đủ công suất trong điều kiện ngoài trời thực tế.
Các đường ống và máy bơm phải cung cấp đủ dòng nước.
Các cuộn dây quạt, lò sưởi hoặc hệ thống sưởi sàn phải cung cấp năng lượng phòng đủ ở nhiệt độ nước đã chọn.
Nếu một trong ba thiết kế này không được thiết kế chính xác, hệ thống có thể gặp phải:
không đủ nhiệt → nhiệt độ nước cao → COP thấp hơn → tiêu thụ điện cao hơn → trải nghiệm khách hàng kém.
Đây là lý do tại sao các máy bơm nhiệt phải luôn luôn được coi là mộtDự án kỹ thuật hệ thống thủy điện hoàn chỉnh, thay vì chỉ đơn giản là thay thế thiết bị.
Đôi khi, nhưng hệ thống hiện có trước tiên nên được kiểm tra tải trọng nhiệt, nhiệt độ nước cần thiết, đầu ra đầu cuối, dòng chảy nước, đường kính ống và công suất bơm lưu thông.Một thay thế trực tiếp một cho một mà không có phân tích thủy lực có thể dẫn đến hiệu suất kém.
Vâng, trong nhiều trường hợp. Tuy nhiên, khả năng sưởi ấm của chúng phải được kiểm tra ở nhiệt độ nước thấp hơn thường liên quan đến hoạt động bơm nhiệt.Dữ liệu hiệu suất của nhà sản xuất nên được sử dụng khi có sẵn.
Thông thường thì có. Nhiệt sàn thủy điện đặc biệt phù hợp với máy bơm nhiệt vì diện tích phát thải lớn của nó cho phép nhiệt độ nước cung cấp tương đối thấp.
Chuyển nhiệt phụ thuộc vào cả dòng chảy nước và sự khác biệt nhiệt độ cung cấp-trở lại.
Không nhất thiết. Các đường ống hiện có nên được kiểm tra thủy lực đối với dòng chảy mới yêu cầu và giảm áp suất. Nếu dòng chảy chấp nhận được có thể đạt được mà không có tốc độ quá cao hoặc đầu bơm,các ống có thể vẫn còn.
Nó phụ thuộc vào thiết kế hệ thống. Một bể đệm hoặc bộ tách thủy lực có thể hữu ích khi máy bơm nhiệt và mạch xây dựng yêu cầu tốc độ dòng chảy khác nhau, khi nhiều vùng thường xuyên đóng lại,khi cần thêm khối lượng hệ thống, hoặc khi cần hoạt động tan băng ổn định.
Cả hai đều có thể hoạt động rất tốt. Sưởi ấm sàn cung cấp hiệu quả sưởi ấm nhiệt độ thấp tuyệt vời, trong khi cuộn dây quạt có thể cung cấp cả sưởi ấm và làm mát bằng nước lạnh.Lựa chọn tốt nhất phụ thuộc vào loại tòa nhà, nhu cầu sưởi ấm / làm mát và cơ sở hạ tầng phân phối hiện có.
Thay thế nồi hơi bằng máy bơm nhiệt nguồn không khí không chủ yếu là vấn đề tìm một máy bơm nhiệt với cùng một mã số kW.
Câu hỏi kỹ thuật thực sự là:
Máy bơm nhiệt, hệ thống phân phối thủy điện và các máy phát nhiệt hiện có có thể hoạt động cùng nhau ở nhiệt độ nước, tốc độ lưu lượng và tải thiết kế cần thiết không?
Do đó, việc nâng cấp chuyên nghiệp bắt đầu với việc tính toán tải trọng của tòa nhà, sau đó là lựa chọn hiệu suất bơm nhiệt, xác minh đầu cuối và phân tích thủy lực.
Các dây chuyền quạt và hệ thống sưởi ấm sàn hiện có thường có thể được giữ lại, có thể giảm đáng kể chi phí cải tạo.Nhiệt độ nước, ΔT, dòng chảy, giảm áp suất ống, hiệu suất bơm tuần hoàn và công suất đầu cuối.
Khi các yếu tố này phù hợp đúng, chuyển đổi hệ thống thủy điện dựa trên nồi hơi thành máy bơm nhiệt không khí-nước có thể cung cấp nhiệt hiệu quả,làm mát và tiết kiệm năng lượng lâu dài mà không cần thiết phải xây dựng lại toàn bộ hệ thống phân phối.
Các phương trình và ví dụ ở trên được dùng để hiểu kỹ thuật sơ bộ.Dữ liệu thời tiết thiết kế địa phương, tính toán thủy lực và dữ liệu hiệu suất được chứng nhận của nhà sản xuất máy bơm nhiệt / quạt cuộn dây.
Wotech giải pháp bơm nhiệt nguồn không khí chuyên nghiệp
Đối với các giải pháp bơm nhiệt từ không khí sang nước cho nhà ở, thương mại và OEM, bao gồm cả các ứng dụng sưởi ấm nhiệt độ thấp, cuộn quạt và sưởi ấm sàn, hãy truy cập: