عند تصميم نظام تسخين أو تبريد بمضخة حرارة الهواء إلى الماء، فإن أحد القرارات الهيدروليكية الأولى هو ما إذا كان سيتم استخدام أنظام متصل مباشرة بحلقة واحدةأو أنظام هيدروني ابتدائي ثانوي.
على الرغم من استخدام هذه المصطلحات على نطاق واسع في صناعة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء والمضخات الحرارية، إلا أنه لا ينبغي أن يعتمد الاختيار ببساطة على افتراض أن أحد التكوينات يكون دائمًا أكثر كفاءة من الآخر.
يعتمد الترتيب الهيدروليكي الصحيح على عدة عوامل، منها:
تشرح هذه المقالةمبدأ العمل والخصائص الهيدروليكية والمزايا والقيود والتطبيقات النموذجية لنظام المضخة الحرارية المائية أحادية الحلقة.
أنظام المضخة الحرارية المائية أحادية الحلقة، ويسمى أيضًا أنظام هيدروني متصل مباشرة، هو نظام HVAC يعتمد على الماء حيث يتم توصيل المضخة الحرارية ومعدات التدفئة أو التبريد الطرفية داخل نفس الدائرة الهيدروليكية.
في أبسط صوره:
مضخة الحرارة → مضخة الدورة الدموية → محطات التدفئة / التبريد → مضخة الحرارة
يمر نفس الماء المتداول عبر كل من مصدر الحرارة وجانب التحميل.
على عكس النظام الابتدائي الثانوي، هناك عادةلا يوجد فاصل هيدروليكي بين دائرة المضخة الحرارية ودائرة التوزيع.
قد يقوم النظام بتزويد المعدات الطرفية مثل:
إمداد المياه → ┌───────────┐ ┌──────────────┐ │ │ │ التداول │ │ مضخة الحرارة ├────►│ مضخة ├──────────────┐ │ │ └────────────┘ │ └──────▲──────┘ │ │ ▼ │ ┌───────────────────────┐ │ │ تحميل الجانب │ │ │ │ │ │ المبرد │ │ │ ملف المروحة │ │ │ تدفئة تحت الأرضية │ │ └──────────┬────────────┘ │ │ └────────────────── ───────────────────┘ ← إعادة المياه
السمة الأساسية بسيطة:
تشترك المضخة الحرارية والوحدات الطرفية في نفس مسار تدفق المياه المتداول.
يمكن فهم مبدأ التشغيل من خلال معلمتين هيدروليكيتين أساسيتين:
1. فرق درجة حرارة الماء (ΔT)
2. متوسط درجة حرارة الماء المتداول
ترتبط هاتان المعلمتان ارتباطًا وثيقًا بكمية الحرارة المنقولة بين المضخة الحرارية والمبنى.
أثناء عملية التسخين، تعمل المضخة الحرارية على زيادة درجة حرارة الماء المتداول.
على سبيل المثال:
مضخة الحرارة → 40 درجة مئوية إمدادات المياه → محطات التدفئة → 35 درجة مئوية عودة المياه → مضخة الحرارة
الفرق في درجات الحرارة هو:
ΔT = 40 درجة مئوية - 35 درجة مئوية = 5 كلفن
تقوم المعدات الطرفية بإزالة الطاقة الحرارية من الماء وتنقلها إلى المبنى.
ثم يتدفق الماء البارد مرة أخرى إلى المضخة الحرارية ويتم إعادة تسخينه.
تستمر الدورة طالما أن الطلب على التدفئة موجود.
مخرج المضخة الحرارية 40 درجة مئوية │ │ يتم توصيل الحرارة ▼ إلى المبنى ─────────────────────► ΔT = 5 K ◄─────────────────── ▲ │ 35 درجة مئوية مدخل المضخة الحرارية
في وضع التبريد، يتم عكس المبدأ: توفر المضخة الحرارية الماء المبرد وتمتص الوحدات الطرفية الحرارة من البيئة الداخلية.
بالنسبة لنظام التسخين الهيدروليكي، يمكن تقريب السعة الحرارية المنقولة عن طريق:
س = ط × حزب المحافظين × ΔT
أين:
لإجراء حسابات عملية لأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) باستخدام الماء:
Q (كيلوواط) ≈ 1.163 × معدل التدفق (م³/ساعة) × ΔT (K)
لذلك:
معدل التدفق (م³/ساعة) ≈ Q / (1.163 × ΔT)
لنفترض أن المضخة الحرارية توفر:
قدرة التدفئة = 20 كيلوواط
مع:
ΔT = 5 ك
تدفق المياه المطلوب هو تقريبا:
20 ÷ (1.163 × 5) ≈ 3.44 م³/ساعة
يوضح هذا خاصية مهمة للأنظمة المتصلة مباشرة:
يجب أن تكون سعة المضخة الحرارية، والقدرة الطرفية، وتدفق المياه، وΔT منسقة هيدروليكيًا.
إذا كانت المضخة الحرارية تتطلب تدفق مياه أكثر أو أقل بكثير من نظام التوزيع الطرفي، فقد يصبح من الصعب التحكم في الاتصال المباشر.
في ظل ظروف التشغيل المستقرة، يجب أن تتطابق الطاقة الحرارية الناتجة عن المضخة الحرارية تقريبًا مع الطاقة الحرارية التي يمتصها المبنى:
مخرجات المضخة الحرارية ≈ نقل الحرارة الطرفي ≈ حمل تدفئة المبنى
ومع ذلك، نادرا ما تكون هذه القيم متطابقة في كل لحظة.
يتغير حمل المبنى بشكل مستمر بسبب:
وهذا يعني أن نظام المضخة الحرارية المائية يحاول باستمرار الحفاظ على التوازن بينتوليد الحرارة واستهلاك الحرارة.
النظر في النظام أثناء بدء التشغيل.
قد يكون المبنى والمياه المتداولة باردة في البداية.
عند هذه النقطة:
ومع اقتراب المبنى من درجة الحرارة المستهدفة، ينخفض الطلب على الحرارة الطرفية.
إذا استمرت المضخة الحرارية في إنتاج حرارة أكثر مما يستطيع المبنى امتصاصه، فإن الطاقة الحرارية الزائدة تزيد مؤقتًا من درجة حرارة الماء المتداول والكتلة الحرارية للنظام.
نتيجة ل:
يرتفع متوسط درجة حرارة الماء في النظام.
ثم تستجيب وحدة التحكم في المضخة الحرارية عن طريق:
وهذا هو أحد الأسبابتعتبر المضخات الحرارية ذات العاكس الكامل DC مناسبة بشكل خاص للأنظمة المائية ذات درجات الحرارة المنخفضة المصممة بشكل صحيح.
بدلاً من العمل بكامل طاقته فقط أو التوقف تمامًا، يمكن للضاغط تعديل إنتاجه لمتابعة التغيرات في الطلب المتزايد.
يوفر حجم الماء الجمود الحراري.
طريقة مبسطة لفهم ذلك هي:
تنتج المضخة الحرارية الحرارة ↓ ┌────────────┐ │ نظام الماء │ │ الحجم │ └──────┬───────┘ ↓ محطات التدفئة ↓ المبنى
إذا كان إنتاج الحرارة واستهلاك الحرارة مختلفين مؤقتًا، فإن حجم الماء يمكن أن يمتص جزءًا من هذا الخلل.
يمكن أن يساعد حجم الماء المناسب في:
لكن،المزيد من حجم الماء ليس أفضل تلقائيًا.
يمكن أن يزيد حجم المخزن المؤقت الزائد:
ولذلك يجب تحديد الحجم الصحيح وفقًا لمتطلبات الحد الأدنى لحجم المياه الخاص بالشركة المصنعة للمضخة الحرارية والخصائص الهيدروليكية للمشروع.
تقوم المضخة الحرارية العاكسة الحديثة بضبط إنتاجها بشكل مستمر وفقًا لظروف التشغيل.
عند زيادة الطلب على التدفئة:
حمل أعلى ← إنتاج حرارة أعلى مطلوب
اعتمادًا على استراتيجية التحكم، قد يستجيب النظام من خلال:
عندما ينخفض الطلب على التدفئة:
تحميل أقل → انخفاض إخراج المضخة الحرارية
هذا هو السببتعويض الطقس / التحكم في إعادة الضبط في الهواء الطلقمهم لكفاءة المضخة الحرارية.
بدلاً من الحفاظ على درجات حرارة مياه مرتفعة بشكل غير ضروري طوال موسم التسخين، يمكن لوحدة التحكم تقليل درجة حرارة الماء المستهدفة أثناء الظروف الخارجية الأكثر اعتدالًا.
يؤدي انخفاض درجة حرارة الماء بشكل عام إلى تقليل رفع الضاغط ويمكن أن يؤدي إلى تحسين كفاءة المضخة الحرارية الموسمية.
قد يحتوي النظام العملي على:
مضخة حرارة الهواء إلى الماء │ ▼ مضخة الدورة الدموية │ ▼ رأس العرض │ ┌────┼─────┐ ▼ ▼ ▼ مشعاع FCU للتدفئة الأرضية │ │ │ └────┼─────┘ ▼ رأس العودة │ ▼ مضخة الحرارة
اعتمادًا على تصميم النظام، قد تتضمن المكونات الإضافية ما يلي:
لا تقوم هذه المكونات بالضرورة بتحويل النظام إلى نظام ابتدائي ثانوي.
السؤال الحاسم هو ما إذا كانت دائرة المضخة الحرارية ودائرة التوزيع الطرفية باقيةهيدروليكيا متصلة مباشرة.
يجب أن توفر مضخة الدوران تدفقًا كافيًا مع التغلب على انخفاض الضغط الكلي للدائرة الهيدروليكية.
يجب على المصمم أن يأخذ بعين الاعتبار:
معدل التدفق المطلوب + إجمالي مقاومة النظام = نقطة تشغيل مضخة التدوير
قد تشمل المقاومة الإجمالية ما يلي:
يمكن أن تؤدي المضخة التي يتم اختيارها فقط وفقًا لمعدل التدفق الاسمي، دون التحقق من الرأس المتاح، إلى عدم كفاية الدورة الدموية.
وبالمثل، يمكن أن تسبب المضخة كبيرة الحجم ما يلي:
لذلك، يجب أن يعتمد اختيار مضخة التدوير دائمًا على الحساب الهيدروليكي الفعلي للنظام.
أحد أهم الاعتبارات في نظام المضخة الحرارية أحادية الحلقة هو ما إذا كان نظام التوزيع يعمل بتدفق ثابت أو متغير تقريبًا.
يكون الاتصال المباشر واضحًا نسبيًا عندما:
التدفق المطلوب للمضخة الحرارية ≈ تدفق نظام التوزيع
على سبيل المثال، تركيب بسيط للتدفئة تحت الأرضية مع فتح معظم الدوائر بشكل مستمر يمكن أن يوفر ظروفًا هيدروليكية مستقرة نسبيًا.
يصبح الوضع أكثر تعقيدًا عندما تتحكم منظمات الحرارة المتعددة وصمامات المنطقة بشكل مستقل في مناطق مختلفة.
على سبيل المثال:
┌── المنطقة 1 مفتوحة المضخة الحرارية ─────┼── المنطقة 2 مغلقة ├── المنطقة 3 مغلقة └── المنطقة 4 مغلقة
عند إغلاق عدة مناطق، يمكن أن ينخفض إجمالي تدفق النظام بشكل ملحوظ.
قد يتسبب ذلك في انخفاض المضخة الحرارية عن الحد الأدنى المطلوب لتدفق المياه.
تشمل العواقب المحتملة ما يلي:
يعد هذا أحد القيود الرئيسية للأنظمة المتصلة مباشرة.
يتطلب النظام أحادي الحلقة بشكل عام مكونات هيدروليكية أقل.
هذا يمكن أن يقلل:
نظرًا لأن الفصل الهيدروليكي ومضخات التوزيع الإضافية قد لا تكون مطلوبة، فقد تكون تكاليف المعدات والتركيب أقل.
عندما يمكن لمضخة دورانية عالية الكفاءة تم اختيارها بشكل صحيح أن تخدم النظام بأكمله، يمكن تقليل استهلاك الكهرباء الإضافي.
يمكن للفواصل الهيدروليكية والخزانات العازلة أن تقدم الخلط في ظل ظروف تشغيل معينة.
يمكن للنظام المباشر المصمم بشكل صحيح أن يرسل الماء الخارج من المضخة الحرارية مباشرة إلى أطراف التسخين دون تأثير الخلط هذا.
يمكن أن يكون هذا مفيدًا لتطبيقات المضخات الحرارية ذات درجات الحرارة المنخفضة.
عندما يظل تدفق المياه ضمن نطاق التشغيل المطلوب، يمكن لمضخة الحرارة العاكسة تعديل القدرة لمتابعة حمل المبنى بكفاءة.
النظام المتصل مباشرة غير مناسب لكل مشروع.
وتشمل القيود الرئيسية ما يلي:
نظرًا لأن كلا الجانبين يشتركان في نفس الدائرة الهيدروليكية، فإن الاختلافات الكبيرة بين تدفق المضخة الحرارية المطلوبة والتدفق الطرفي يمكن أن تخلق مشاكل في التحكم.
يؤدي إغلاق الصمامات الحرارية أو الآلية إلى تغيير التدفق والضغط الكلي للنظام.
فكر في مبنى يحتوي على:
قد تتطلب هذه المحطات درجات حرارة إمداد مختلفة وخصائص تدفق مختلفة.
لذلك قد تكون الحلقة البسيطة المتصلة مباشرة غير كافية.
قد تحتاج مضخة واحدة للتغلب على فقدان الضغط لكل من المضخة الحرارية وشبكة التوزيع.
تحدد المضخات الحرارية الحديثة عادة الحد الأدنى من تدفق المياه التشغيلية.
إذا انخفض تدفق النظام إلى أقل من هذه القيمة، فلا يمكن ضمان التشغيل الموثوق.
يكون التكوين أحادي الحلقة جذابًا بشكل خاص عندما:
قد تشمل التطبيقات النموذجية ما يلي:
مضخة حرارية + تدفئة أرضية
أو
مضخة حرارية + دائرة ملف مروحة رئيسية واحدة
أو
مضخة حرارية + نظام مشعاع منخفض الحرارة
يصبح النظام الهيدروني الابتدائي والثانوي أكثر جاذبية عندما:
في هذه الحالات، يمكن للفاصل الهيدروليكي أو ترتيب المخزن المؤقت المصمم بشكل مناسب فصل جانب المضخة الحرارية هيدروليكيًا عن جانب توزيع المبنى.
من الناحية المفاهيمية:
مصدر الحرارة الجانبي، الحمل الجانبي، مشعات المضخة الحرارية │ ▲ المضخة الأولية │ │ المضخة الثانوية ▼ │ ┌────────────┐ ┌─────┴─────┐ │ الهيدروليكية │◄────────────►│ مشعب │ │ فاصل │ └─────┬─────┘ └───────────────┘ │ ▲ ▼ │ ملفات المروحة │ └──────── الدائرة الأولية
يمكن للجانبين بعد ذلك العمل بمعدلات تدفق مختلفة دون تفاعل هيدروليكي قوي.
لا توجد إجابة عالمية.
من المفاهيم الخاطئة الشائعة ما يلي:
"يكون النظام أحادي الحلقة دائمًا أكثر كفاءة لأنه يستخدم مضخات أقل."
هناك مفهوم خاطئ آخر وهو:
"النظام الابتدائي والثانوي هو الأفضل دائمًا لأنه أكثر احترافية."
ولا يعتبر أي من البيانين صحيحًا من الناحية الفنية.
تعتمد كفاءة النظام على التصميم الهيدروليكي الكامل.
يمكن للنظام المباشر المصمم جيدًا أن يكون بسيطًا وفعالًا للغاية.
ومع ذلك، فإن فرض تركيب معقد متعدد المناطق في حلقة هيدروليكية واحدة يمكن أن يسبب تدفقًا غير مستقر، ودورات مفرطة وضعف التحكم في درجة الحرارة.
وعلى العكس من ذلك، فإن إضافة خزانات عازلة ومضخات وأجهزة خلط غير ضرورية إلى نظام سكني بسيط يمكن أن يزيد من تكلفة التركيب والاستهلاك الكهربائي الطفيلي.
المبدأ الصحيح هو:
استخدم أبسط بنية هيدروليكية يمكنها الحفاظ على التدفق المطلوب ودرجة الحرارة والضغط واستقرار التحكم في جميع ظروف التشغيل المتوقعة.
نظام المضخة الحرارية أحادي الحلقة هو تكوين مائي تتشارك فيه المضخة الحرارية وأطراف التسخين/التبريد في نفس دائرة دوران الماء دون فصل هيدروليكي بين مصدر الحرارة وجوانب الحمل.
ليس دائما.
ينبغي النظر في الخزان العازل وفقًا للحد الأدنى لحجم مياه النظام، والحد الأدنى من وقت تشغيل الضاغط، ومتطلبات إزالة الجليد، وإستراتيجية تقسيم المناطق، وتوصيات الشركة المصنعة بدلاً من تركيبه تلقائيًا في كل مشروع.
نعم، بشرط أن تتمكن المضخة من توصيل التدفق التصميمي المطلوب عند رأس النظام الإجمالي المحسوب مع الحفاظ على نطاق تدفق التشغيل المطلوب للمضخة الحرارية.
هذا ممكن، ولكن التصميم الدقيق مطلوب لأن المشعات والتدفئة الأرضية غالبًا ما تعمل عند درجات حرارة مختلفة للمياه ومعدلات التدفق. قد تكون دائرة الخلط أو نظام التوزيع المنفصل هيدروليكيًا أكثر ملاءمة.
نعم. يمكن أن تعمل المضخات الحرارية العاكسة بشكل جيد بشكل خاص في الأنظمة المتصلة بشكل مباشر والمصممة بشكل صحيح لأن سعة الضاغط يمكن تعديلها وفقًا للطلب الحراري. ومع ذلك، يجب احترام الحد الأدنى لتدفق المياه والحد الأدنى لمتطلبات حجم النظام.
يتم تحديد انتقال الحرارة في المقام الأول عن طريق تدفق المياه والفرق في درجة حرارة العرض والعودة:
س ≈ 1.163 × التدفق × ΔT
ولذلك، يجب النظر في قدرة المضخة الحرارية والقدرة الطرفية ومعدل التدفق وΔT معًا.
أنظام المضخة الحرارية المائية أحادية الحلقةهي إحدى أبسط الطرق لتوصيل مضخة حرارة الهواء إلى الماء بمحطات التدفئة أو التبريد في المبنى.
السمة الرئيسية هي أنيشترك مصدر الحرارة وجانب التحميل في نفس الدائرة الهيدروليكية وتدفق المياه المتداول.
عندما تتم مطابقة المضخة الحرارية ومضخة التدوير والنظام الطرفي بشكل صحيح، فإن هذا الترتيب يوفر العديد من المزايا:
ومع ذلك، فإن البساطة لا تلغي الحاجة إلى الهندسة الهيدروليكية.
لا يزال يتعين على المصمم التحقق من:
حمل التسخين/التبريد ← سعة المضخة الحرارية ← التصميم ΔT ← تدفق المياه المطلوب ← انخفاض ضغط النظام ← اختيار المضخة ← الحد الأدنى من التدفق ← حجم الماء ← استراتيجية التحكم
فقط عندما يتم تنسيق هذه المعلمات بشكل صحيح، يمكن لنظام المضخة الحرارية المتصلة مباشرة أن يعمل بكفاءة وموثوقية.
بالنسبة للمباني المعقدة متعددة المناطق، أو أنظمة التدفق المتغير أو المنشآت التي تستخدم درجات حرارة طرفية مختلفة، أنظام هيدروني ابتدائي ثانويقد يوفر استقرارًا وتحكمًا هيدروليكيًا أفضل.
وبالتالي فإن الهدف ليس تحديد ما إذا كان النظام أحادي الحلقة أو النظام الأساسي الثانوي هو الأفضل عالميًا.
الهدف هو اختيار البنية الهيدروليكية التي تتوافق بشكل أفضل مع متطلبات التشغيل الفعلية للمشروع.
عند تصميم نظام تسخين أو تبريد بمضخة حرارة الهواء إلى الماء، فإن أحد القرارات الهيدروليكية الأولى هو ما إذا كان سيتم استخدام أنظام متصل مباشرة بحلقة واحدةأو أنظام هيدروني ابتدائي ثانوي.
على الرغم من استخدام هذه المصطلحات على نطاق واسع في صناعة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء والمضخات الحرارية، إلا أنه لا ينبغي أن يعتمد الاختيار ببساطة على افتراض أن أحد التكوينات يكون دائمًا أكثر كفاءة من الآخر.
يعتمد الترتيب الهيدروليكي الصحيح على عدة عوامل، منها:
تشرح هذه المقالةمبدأ العمل والخصائص الهيدروليكية والمزايا والقيود والتطبيقات النموذجية لنظام المضخة الحرارية المائية أحادية الحلقة.
أنظام المضخة الحرارية المائية أحادية الحلقة، ويسمى أيضًا أنظام هيدروني متصل مباشرة، هو نظام HVAC يعتمد على الماء حيث يتم توصيل المضخة الحرارية ومعدات التدفئة أو التبريد الطرفية داخل نفس الدائرة الهيدروليكية.
في أبسط صوره:
مضخة الحرارة → مضخة الدورة الدموية → محطات التدفئة / التبريد → مضخة الحرارة
يمر نفس الماء المتداول عبر كل من مصدر الحرارة وجانب التحميل.
على عكس النظام الابتدائي الثانوي، هناك عادةلا يوجد فاصل هيدروليكي بين دائرة المضخة الحرارية ودائرة التوزيع.
قد يقوم النظام بتزويد المعدات الطرفية مثل:
إمداد المياه → ┌───────────┐ ┌──────────────┐ │ │ │ التداول │ │ مضخة الحرارة ├────►│ مضخة ├──────────────┐ │ │ └────────────┘ │ └──────▲──────┘ │ │ ▼ │ ┌───────────────────────┐ │ │ تحميل الجانب │ │ │ │ │ │ المبرد │ │ │ ملف المروحة │ │ │ تدفئة تحت الأرضية │ │ └──────────┬────────────┘ │ │ └────────────────── ───────────────────┘ ← إعادة المياه
السمة الأساسية بسيطة:
تشترك المضخة الحرارية والوحدات الطرفية في نفس مسار تدفق المياه المتداول.
يمكن فهم مبدأ التشغيل من خلال معلمتين هيدروليكيتين أساسيتين:
1. فرق درجة حرارة الماء (ΔT)
2. متوسط درجة حرارة الماء المتداول
ترتبط هاتان المعلمتان ارتباطًا وثيقًا بكمية الحرارة المنقولة بين المضخة الحرارية والمبنى.
أثناء عملية التسخين، تعمل المضخة الحرارية على زيادة درجة حرارة الماء المتداول.
على سبيل المثال:
مضخة الحرارة → 40 درجة مئوية إمدادات المياه → محطات التدفئة → 35 درجة مئوية عودة المياه → مضخة الحرارة
الفرق في درجات الحرارة هو:
ΔT = 40 درجة مئوية - 35 درجة مئوية = 5 كلفن
تقوم المعدات الطرفية بإزالة الطاقة الحرارية من الماء وتنقلها إلى المبنى.
ثم يتدفق الماء البارد مرة أخرى إلى المضخة الحرارية ويتم إعادة تسخينه.
تستمر الدورة طالما أن الطلب على التدفئة موجود.
مخرج المضخة الحرارية 40 درجة مئوية │ │ يتم توصيل الحرارة ▼ إلى المبنى ─────────────────────► ΔT = 5 K ◄─────────────────── ▲ │ 35 درجة مئوية مدخل المضخة الحرارية
في وضع التبريد، يتم عكس المبدأ: توفر المضخة الحرارية الماء المبرد وتمتص الوحدات الطرفية الحرارة من البيئة الداخلية.
بالنسبة لنظام التسخين الهيدروليكي، يمكن تقريب السعة الحرارية المنقولة عن طريق:
س = ط × حزب المحافظين × ΔT
أين:
لإجراء حسابات عملية لأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) باستخدام الماء:
Q (كيلوواط) ≈ 1.163 × معدل التدفق (م³/ساعة) × ΔT (K)
لذلك:
معدل التدفق (م³/ساعة) ≈ Q / (1.163 × ΔT)
لنفترض أن المضخة الحرارية توفر:
قدرة التدفئة = 20 كيلوواط
مع:
ΔT = 5 ك
تدفق المياه المطلوب هو تقريبا:
20 ÷ (1.163 × 5) ≈ 3.44 م³/ساعة
يوضح هذا خاصية مهمة للأنظمة المتصلة مباشرة:
يجب أن تكون سعة المضخة الحرارية، والقدرة الطرفية، وتدفق المياه، وΔT منسقة هيدروليكيًا.
إذا كانت المضخة الحرارية تتطلب تدفق مياه أكثر أو أقل بكثير من نظام التوزيع الطرفي، فقد يصبح من الصعب التحكم في الاتصال المباشر.
في ظل ظروف التشغيل المستقرة، يجب أن تتطابق الطاقة الحرارية الناتجة عن المضخة الحرارية تقريبًا مع الطاقة الحرارية التي يمتصها المبنى:
مخرجات المضخة الحرارية ≈ نقل الحرارة الطرفي ≈ حمل تدفئة المبنى
ومع ذلك، نادرا ما تكون هذه القيم متطابقة في كل لحظة.
يتغير حمل المبنى بشكل مستمر بسبب:
وهذا يعني أن نظام المضخة الحرارية المائية يحاول باستمرار الحفاظ على التوازن بينتوليد الحرارة واستهلاك الحرارة.
النظر في النظام أثناء بدء التشغيل.
قد يكون المبنى والمياه المتداولة باردة في البداية.
عند هذه النقطة:
ومع اقتراب المبنى من درجة الحرارة المستهدفة، ينخفض الطلب على الحرارة الطرفية.
إذا استمرت المضخة الحرارية في إنتاج حرارة أكثر مما يستطيع المبنى امتصاصه، فإن الطاقة الحرارية الزائدة تزيد مؤقتًا من درجة حرارة الماء المتداول والكتلة الحرارية للنظام.
نتيجة ل:
يرتفع متوسط درجة حرارة الماء في النظام.
ثم تستجيب وحدة التحكم في المضخة الحرارية عن طريق:
وهذا هو أحد الأسبابتعتبر المضخات الحرارية ذات العاكس الكامل DC مناسبة بشكل خاص للأنظمة المائية ذات درجات الحرارة المنخفضة المصممة بشكل صحيح.
بدلاً من العمل بكامل طاقته فقط أو التوقف تمامًا، يمكن للضاغط تعديل إنتاجه لمتابعة التغيرات في الطلب المتزايد.
يوفر حجم الماء الجمود الحراري.
طريقة مبسطة لفهم ذلك هي:
تنتج المضخة الحرارية الحرارة ↓ ┌────────────┐ │ نظام الماء │ │ الحجم │ └──────┬───────┘ ↓ محطات التدفئة ↓ المبنى
إذا كان إنتاج الحرارة واستهلاك الحرارة مختلفين مؤقتًا، فإن حجم الماء يمكن أن يمتص جزءًا من هذا الخلل.
يمكن أن يساعد حجم الماء المناسب في:
لكن،المزيد من حجم الماء ليس أفضل تلقائيًا.
يمكن أن يزيد حجم المخزن المؤقت الزائد:
ولذلك يجب تحديد الحجم الصحيح وفقًا لمتطلبات الحد الأدنى لحجم المياه الخاص بالشركة المصنعة للمضخة الحرارية والخصائص الهيدروليكية للمشروع.
تقوم المضخة الحرارية العاكسة الحديثة بضبط إنتاجها بشكل مستمر وفقًا لظروف التشغيل.
عند زيادة الطلب على التدفئة:
حمل أعلى ← إنتاج حرارة أعلى مطلوب
اعتمادًا على استراتيجية التحكم، قد يستجيب النظام من خلال:
عندما ينخفض الطلب على التدفئة:
تحميل أقل → انخفاض إخراج المضخة الحرارية
هذا هو السببتعويض الطقس / التحكم في إعادة الضبط في الهواء الطلقمهم لكفاءة المضخة الحرارية.
بدلاً من الحفاظ على درجات حرارة مياه مرتفعة بشكل غير ضروري طوال موسم التسخين، يمكن لوحدة التحكم تقليل درجة حرارة الماء المستهدفة أثناء الظروف الخارجية الأكثر اعتدالًا.
يؤدي انخفاض درجة حرارة الماء بشكل عام إلى تقليل رفع الضاغط ويمكن أن يؤدي إلى تحسين كفاءة المضخة الحرارية الموسمية.
قد يحتوي النظام العملي على:
مضخة حرارة الهواء إلى الماء │ ▼ مضخة الدورة الدموية │ ▼ رأس العرض │ ┌────┼─────┐ ▼ ▼ ▼ مشعاع FCU للتدفئة الأرضية │ │ │ └────┼─────┘ ▼ رأس العودة │ ▼ مضخة الحرارة
اعتمادًا على تصميم النظام، قد تتضمن المكونات الإضافية ما يلي:
لا تقوم هذه المكونات بالضرورة بتحويل النظام إلى نظام ابتدائي ثانوي.
السؤال الحاسم هو ما إذا كانت دائرة المضخة الحرارية ودائرة التوزيع الطرفية باقيةهيدروليكيا متصلة مباشرة.
يجب أن توفر مضخة الدوران تدفقًا كافيًا مع التغلب على انخفاض الضغط الكلي للدائرة الهيدروليكية.
يجب على المصمم أن يأخذ بعين الاعتبار:
معدل التدفق المطلوب + إجمالي مقاومة النظام = نقطة تشغيل مضخة التدوير
قد تشمل المقاومة الإجمالية ما يلي:
يمكن أن تؤدي المضخة التي يتم اختيارها فقط وفقًا لمعدل التدفق الاسمي، دون التحقق من الرأس المتاح، إلى عدم كفاية الدورة الدموية.
وبالمثل، يمكن أن تسبب المضخة كبيرة الحجم ما يلي:
لذلك، يجب أن يعتمد اختيار مضخة التدوير دائمًا على الحساب الهيدروليكي الفعلي للنظام.
أحد أهم الاعتبارات في نظام المضخة الحرارية أحادية الحلقة هو ما إذا كان نظام التوزيع يعمل بتدفق ثابت أو متغير تقريبًا.
يكون الاتصال المباشر واضحًا نسبيًا عندما:
التدفق المطلوب للمضخة الحرارية ≈ تدفق نظام التوزيع
على سبيل المثال، تركيب بسيط للتدفئة تحت الأرضية مع فتح معظم الدوائر بشكل مستمر يمكن أن يوفر ظروفًا هيدروليكية مستقرة نسبيًا.
يصبح الوضع أكثر تعقيدًا عندما تتحكم منظمات الحرارة المتعددة وصمامات المنطقة بشكل مستقل في مناطق مختلفة.
على سبيل المثال:
┌── المنطقة 1 مفتوحة المضخة الحرارية ─────┼── المنطقة 2 مغلقة ├── المنطقة 3 مغلقة └── المنطقة 4 مغلقة
عند إغلاق عدة مناطق، يمكن أن ينخفض إجمالي تدفق النظام بشكل ملحوظ.
قد يتسبب ذلك في انخفاض المضخة الحرارية عن الحد الأدنى المطلوب لتدفق المياه.
تشمل العواقب المحتملة ما يلي:
يعد هذا أحد القيود الرئيسية للأنظمة المتصلة مباشرة.
يتطلب النظام أحادي الحلقة بشكل عام مكونات هيدروليكية أقل.
هذا يمكن أن يقلل:
نظرًا لأن الفصل الهيدروليكي ومضخات التوزيع الإضافية قد لا تكون مطلوبة، فقد تكون تكاليف المعدات والتركيب أقل.
عندما يمكن لمضخة دورانية عالية الكفاءة تم اختيارها بشكل صحيح أن تخدم النظام بأكمله، يمكن تقليل استهلاك الكهرباء الإضافي.
يمكن للفواصل الهيدروليكية والخزانات العازلة أن تقدم الخلط في ظل ظروف تشغيل معينة.
يمكن للنظام المباشر المصمم بشكل صحيح أن يرسل الماء الخارج من المضخة الحرارية مباشرة إلى أطراف التسخين دون تأثير الخلط هذا.
يمكن أن يكون هذا مفيدًا لتطبيقات المضخات الحرارية ذات درجات الحرارة المنخفضة.
عندما يظل تدفق المياه ضمن نطاق التشغيل المطلوب، يمكن لمضخة الحرارة العاكسة تعديل القدرة لمتابعة حمل المبنى بكفاءة.
النظام المتصل مباشرة غير مناسب لكل مشروع.
وتشمل القيود الرئيسية ما يلي:
نظرًا لأن كلا الجانبين يشتركان في نفس الدائرة الهيدروليكية، فإن الاختلافات الكبيرة بين تدفق المضخة الحرارية المطلوبة والتدفق الطرفي يمكن أن تخلق مشاكل في التحكم.
يؤدي إغلاق الصمامات الحرارية أو الآلية إلى تغيير التدفق والضغط الكلي للنظام.
فكر في مبنى يحتوي على:
قد تتطلب هذه المحطات درجات حرارة إمداد مختلفة وخصائص تدفق مختلفة.
لذلك قد تكون الحلقة البسيطة المتصلة مباشرة غير كافية.
قد تحتاج مضخة واحدة للتغلب على فقدان الضغط لكل من المضخة الحرارية وشبكة التوزيع.
تحدد المضخات الحرارية الحديثة عادة الحد الأدنى من تدفق المياه التشغيلية.
إذا انخفض تدفق النظام إلى أقل من هذه القيمة، فلا يمكن ضمان التشغيل الموثوق.
يكون التكوين أحادي الحلقة جذابًا بشكل خاص عندما:
قد تشمل التطبيقات النموذجية ما يلي:
مضخة حرارية + تدفئة أرضية
أو
مضخة حرارية + دائرة ملف مروحة رئيسية واحدة
أو
مضخة حرارية + نظام مشعاع منخفض الحرارة
يصبح النظام الهيدروني الابتدائي والثانوي أكثر جاذبية عندما:
في هذه الحالات، يمكن للفاصل الهيدروليكي أو ترتيب المخزن المؤقت المصمم بشكل مناسب فصل جانب المضخة الحرارية هيدروليكيًا عن جانب توزيع المبنى.
من الناحية المفاهيمية:
مصدر الحرارة الجانبي، الحمل الجانبي، مشعات المضخة الحرارية │ ▲ المضخة الأولية │ │ المضخة الثانوية ▼ │ ┌────────────┐ ┌─────┴─────┐ │ الهيدروليكية │◄────────────►│ مشعب │ │ فاصل │ └─────┬─────┘ └───────────────┘ │ ▲ ▼ │ ملفات المروحة │ └──────── الدائرة الأولية
يمكن للجانبين بعد ذلك العمل بمعدلات تدفق مختلفة دون تفاعل هيدروليكي قوي.
لا توجد إجابة عالمية.
من المفاهيم الخاطئة الشائعة ما يلي:
"يكون النظام أحادي الحلقة دائمًا أكثر كفاءة لأنه يستخدم مضخات أقل."
هناك مفهوم خاطئ آخر وهو:
"النظام الابتدائي والثانوي هو الأفضل دائمًا لأنه أكثر احترافية."
ولا يعتبر أي من البيانين صحيحًا من الناحية الفنية.
تعتمد كفاءة النظام على التصميم الهيدروليكي الكامل.
يمكن للنظام المباشر المصمم جيدًا أن يكون بسيطًا وفعالًا للغاية.
ومع ذلك، فإن فرض تركيب معقد متعدد المناطق في حلقة هيدروليكية واحدة يمكن أن يسبب تدفقًا غير مستقر، ودورات مفرطة وضعف التحكم في درجة الحرارة.
وعلى العكس من ذلك، فإن إضافة خزانات عازلة ومضخات وأجهزة خلط غير ضرورية إلى نظام سكني بسيط يمكن أن يزيد من تكلفة التركيب والاستهلاك الكهربائي الطفيلي.
المبدأ الصحيح هو:
استخدم أبسط بنية هيدروليكية يمكنها الحفاظ على التدفق المطلوب ودرجة الحرارة والضغط واستقرار التحكم في جميع ظروف التشغيل المتوقعة.
نظام المضخة الحرارية أحادي الحلقة هو تكوين مائي تتشارك فيه المضخة الحرارية وأطراف التسخين/التبريد في نفس دائرة دوران الماء دون فصل هيدروليكي بين مصدر الحرارة وجوانب الحمل.
ليس دائما.
ينبغي النظر في الخزان العازل وفقًا للحد الأدنى لحجم مياه النظام، والحد الأدنى من وقت تشغيل الضاغط، ومتطلبات إزالة الجليد، وإستراتيجية تقسيم المناطق، وتوصيات الشركة المصنعة بدلاً من تركيبه تلقائيًا في كل مشروع.
نعم، بشرط أن تتمكن المضخة من توصيل التدفق التصميمي المطلوب عند رأس النظام الإجمالي المحسوب مع الحفاظ على نطاق تدفق التشغيل المطلوب للمضخة الحرارية.
هذا ممكن، ولكن التصميم الدقيق مطلوب لأن المشعات والتدفئة الأرضية غالبًا ما تعمل عند درجات حرارة مختلفة للمياه ومعدلات التدفق. قد تكون دائرة الخلط أو نظام التوزيع المنفصل هيدروليكيًا أكثر ملاءمة.
نعم. يمكن أن تعمل المضخات الحرارية العاكسة بشكل جيد بشكل خاص في الأنظمة المتصلة بشكل مباشر والمصممة بشكل صحيح لأن سعة الضاغط يمكن تعديلها وفقًا للطلب الحراري. ومع ذلك، يجب احترام الحد الأدنى لتدفق المياه والحد الأدنى لمتطلبات حجم النظام.
يتم تحديد انتقال الحرارة في المقام الأول عن طريق تدفق المياه والفرق في درجة حرارة العرض والعودة:
س ≈ 1.163 × التدفق × ΔT
ولذلك، يجب النظر في قدرة المضخة الحرارية والقدرة الطرفية ومعدل التدفق وΔT معًا.
أنظام المضخة الحرارية المائية أحادية الحلقةهي إحدى أبسط الطرق لتوصيل مضخة حرارة الهواء إلى الماء بمحطات التدفئة أو التبريد في المبنى.
السمة الرئيسية هي أنيشترك مصدر الحرارة وجانب التحميل في نفس الدائرة الهيدروليكية وتدفق المياه المتداول.
عندما تتم مطابقة المضخة الحرارية ومضخة التدوير والنظام الطرفي بشكل صحيح، فإن هذا الترتيب يوفر العديد من المزايا:
ومع ذلك، فإن البساطة لا تلغي الحاجة إلى الهندسة الهيدروليكية.
لا يزال يتعين على المصمم التحقق من:
حمل التسخين/التبريد ← سعة المضخة الحرارية ← التصميم ΔT ← تدفق المياه المطلوب ← انخفاض ضغط النظام ← اختيار المضخة ← الحد الأدنى من التدفق ← حجم الماء ← استراتيجية التحكم
فقط عندما يتم تنسيق هذه المعلمات بشكل صحيح، يمكن لنظام المضخة الحرارية المتصلة مباشرة أن يعمل بكفاءة وموثوقية.
بالنسبة للمباني المعقدة متعددة المناطق، أو أنظمة التدفق المتغير أو المنشآت التي تستخدم درجات حرارة طرفية مختلفة، أنظام هيدروني ابتدائي ثانويقد يوفر استقرارًا وتحكمًا هيدروليكيًا أفضل.
وبالتالي فإن الهدف ليس تحديد ما إذا كان النظام أحادي الحلقة أو النظام الأساسي الثانوي هو الأفضل عالميًا.
الهدف هو اختيار البنية الهيدروليكية التي تتوافق بشكل أفضل مع متطلبات التشغيل الفعلية للمشروع.
العنوان
لا، لا، لا34، الطريق الجنوبي ، حديقة يونغفينغ الصناعية ، منطقة شونديه ، فوشان 528000 ، مقاطعة قوانغدونغ ، جمهورية الصين
الهاتف
86-757-22860323
البريد الإلكتروني
luke@ecoheat-pump.com