الاختيار الصحيح لـ خزان التخزين ومضخات الدوران هو أحد أهم أجزاء تصميم نظام هيدرونيكي ثانوي لمضخة حرارية من الهواء إلى الماء.
قد تتمتع المضخة الحرارية بمعامل أداء ممتاز (COP)، وضواغط عاكسة عالية الكفاءة، وأنظمة تحكم متقدمة - ولكن إذا كان حجم خزان التخزين غير صحيح أو كانت مضخات الدوران تعمل بعيدًا عن نقاط التصميم الخاصة بها، فقد يظل النظام بأكمله يعاني من:
تكرار دورات تشغيل الضاغط
استهلاك كهرباء مفرط للمضخة
تدفق مياه غير كافٍ
تقلبات كبيرة في درجة حرارة المياه
خلط هيدروليكي غير ضروري
انخفاض كفاءة المضخة الحرارية
أداء تسخين أو تبريد ضعيف
إنذارات التدفق وتشغيل غير مستقر
لذلك، فإن الهدف ليس مجرد تركيب خزان "كبير بما يكفي" ومضخة "قوية بما يكفي".
الهندسة الهيدروليكية الجيدة تعني اختيار كل مكون وفقًا لـ الحمل الحراري الفعلي، وتدفق المياه، وانخفاض الضغط، والحد الأدنى من خرج المضخة الحرارية، وخصائص تشغيل المبنى.
دعنا نلقي نظرة على المبادئ الهندسية وراء تحديد حجم خزان التخزين واختيار مضخة الدوران.
قبل اختيار المكونات، نحتاج إلى فهم ما تفعله.
يحتوي نظام المضخة الحرارية الثانوي النموذجي على دائرتين مائيتين.
مضخة حرارية → مضخة دوران أولية → خزان تخزين → مضخة حرارية
تخدم الدائرة الأولية بشكل أساسي المضخة الحرارية.
خزان تخزين → مضخة دوران ثانوية → أطراف المبنى → خزان تخزين
تخدم الدائرة الثانوية المبنى.
قد تشمل هذه الأطراف:
تدفئة أرضية
المشعات
وحدات ملف المروحة
وحدات معالجة الهواء
مناطق تسخين متعددة
هذا الفصل مهم لأن المضخة الحرارية والمبنى لا يتطلبان بالضرورة نفس التدفق في نفس الوقت.
لذلك، يمكن اختيار المضخة الأولية بناءً على المتطلبات الهيدروليكية للمضخة الحرارية، بينما يتم اختيار المضخة الثانوية بناءً على متطلبات نظام التوزيع.
خزان التخزين ليس مجرد حاوية مياه كبيرة.
إحدى وظائفه الرئيسية هي توفير كتلة حرارية.
حجم مياه النظام القليل جدًا يمكن أن يتسبب في تغير درجة حرارة المياه بسرعة.
هذا يزيد من خطر:
تشغيل المضخة الحرارية → الوصول إلى درجة الحرارة المستهدفة → إيقاف → انخفاض درجة الحرارة → تشغيل مرة أخرى
بمعنى آخر:
الدوران القصير
ولكن جعل الخزان كبيرًا جدًا ليس بالضرورة أفضل أيضًا.
يمكن للخزان ذي الحجم الزائد أن يزيد من:
تكلفة المعدات
مساحة التركيب
فقدان الحرارة الدائم
وقت تسخين النظام
حجم المياه الإجمالي
لذلك، فإن الهدف هو:
توفير كتلة حرارية كافية لتحقيق تشغيل مستقر للمضخة الحرارية دون زيادة حجم النظام بشكل غير ضروري.
اختصار شائع في الصناعة هو:
"X لتر من خزان التخزين لكل كيلوواط من سعة المضخة الحرارية".
يمكن أن يكون هذا مفيدًا للتقدير الأولي، ولكن لا ينبغي التعامل معه كقاعدة تصميم عالمية.
لماذا؟
لأن الدوران القصير لا يتم تحديده بواسطة السعة المقدرة وحدها.
ضع في اعتبارك مضختين حراريتين بقدرة 15 كيلوواط.
قد تقوم المضخة الحرارية A بالتعديل إلى 3 كيلوواط.
قد تقوم المضخة الحرارية B بالتعديل فقط إلى 6 كيلوواط.
إذا كان الحد الأدنى لطلب التدفئة النشط للمبنى هو 2 كيلوواط، فإن النظامين يتصرفان بشكل مختلف تمامًا.
بالنسبة للمضخة الحرارية A:
3 - 2 = 1 كيلوواط خرج زائد
بالنسبة للمضخة الحرارية B:
6 - 2 = 4 كيلوواط خرج زائد
لذلك، تتطلب المضخة الحرارية B تخزينًا حراريًا أكبر بكثير لتحقيق نفس الحد الأدنى من وقت تشغيل الضاغط.
هذا هو السبب في أن الحد الأدنى لسعة المضخة الحرارية غالبًا ما يكون أكثر أهمية من السعة المقدرة عند تقييم خطر الدوران القصير.
يعتمد حساب مبسط مفيد على الطاقة الحرارية التي يجب امتصاصها خلال فترة تشغيل الضاغط الدنيا المطلوبة.
يمكن تقدير حجم المياه الفعال المطلوب من:
V = Q × t / (ρ × Cp × ΔT)
بالنسبة للماء، يمكن تبسيط ذلك لحسابات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء العملية إلى:
V ≈ 14.3 × P × t / ΔT
حيث:
V = حجم المياه الفعال المطلوب باللتر
P = خرج الحرارة الزائد بالكيلوواط
t = وقت التشغيل الأدنى المطلوب بالدقائق
ΔT = تغير درجة حرارة المياه المسموح به بالدرجة المئوية
المصطلح الرئيسي هو خرج الحرارة الزائد:
P = الحد الأدنى لخرج المضخة الحرارية - الحد الأدنى للحمل النشط للمبنى
يعطي هذا تقديرًا أكثر واقعية من مجرد ضرب سعة المضخة الحرارية المقدرة بقيمة اعتباطية لتر/كيلوواط.
لنفترض أن مضخة حرارية عاكسة لديها:
الحد الأدنى لخرج التدفئة = 6 كيلوواط
خلال الطقس المعتدل، الحد الأدنى للحمل النشط للمبنى هو:
2 كيلوواط
لذلك:
الخرج الزائد = 6 - 2 = 4 كيلوواط
لنفترض أننا نريد على الأقل:
15 دقيقة كحد أدنى لوقت تشغيل الضاغط
ونسمح لدرجة حرارة مياه النظام بالارتفاع بمقدار:
5 درجات مئوية
ثم:
V ≈ 14.3 × 4 × 15 / 5
V ≈ 172 لتر
هذا هو حجم المياه الفعال التقريبي المطلوب لامتصاص عدم تطابق الإخراج المؤقت.
لكن هذا لا يعني تلقائيًا أننا بحاجة إلى خزان تخزين بسعة 172 لتر.
لماذا؟
لأن النظام الهيدروليكي الحالي يحتوي بالفعل على مياه.
لنفترض أن حجم المياه الفعال الأدنى المحسوب لدينا هو:
172 لتر
لكن النظام يحتوي بالفعل على:
أنابيب التدفئة الأرضية: 70 لتر
الأنابيب الرئيسية: 20 لتر
مبادل حراري للمضخة الحرارية وأنابيب داخلية: 10 لتر
إجمالي الحجم الحالي:
100 لتر
لذلك، سيكون الحجم الإضافي المطلوب تقريبًا:
172 - 100 = 72 لتر
يمكن بعد ذلك النظر في خزان تخزين متاح تجاريًا بالحجم المناسب التالي، مع مراعاة متطلبات الشركة المصنعة للمضخة الحرارية وتكوين الهيدروليكي الفعلي.
هذا نهج أكثر منطقية بكثير من تركيب خزان بسعة 200 لتر أو 300 لتر تلقائيًا.
غالبًا ما تُستخدم فترة تشغيل دنيا مثل 10-15 دقيقة كفحص هندسي عند تقييم الكتلة الحرارية والدوران.
الغرض بسيط.
نريد تجنب:
تشغيل → إيقاف → تشغيل → إيقاف
كل بضع دقائق.
دورات التشغيل الأطول توفر بشكل عام درجات حرارة نظام أكثر استقرارًا وتسمح للمضخات الحرارية العاكسة بالتعديل بشكل أكثر فعالية.
ومع ذلك، لا توجد قاعدة عالمية تقول إن كل مضخة حرارية يجب أن تعمل لمدة 15 دقيقة بالضبط.
تحقق دائمًا من:
الحد الأدنى لحجم المياه من الشركة المصنعة
استراتيجية التحكم في الضاغط
متطلبات وقت التشغيل الأدنى
متطلبات إزالة الجليد
نطاق تعديل العاكس
يجب أن تكون بيانات الشركة المصنعة لها الأولوية على قواعد تحديد الحجم العامة.
حجم الخزان وحده لا يحدد ما إذا كان النظام فعالًا.
الاتصال الهيدروليكي مهم بنفس القدر.
يمكن لتكوين خزان التخزين التقليدي بأربع أنابيب توفير فصل هيدروليكي قوي بين الدائرتين الأولية والثانوية.
ومع ذلك، يمكن أن يؤدي أيضًا إلى خلط داخل الخزان.
على سبيل المثال، لنفترض أن المياه الراجعة من نظام التدفئة الأرضية هي:
35 درجة مئوية
إذا تسبب الخلط الهيدروليكي في ارتفاع درجة حرارة المياه التي تدخل المضخة الحرارية إلى:
36 درجة مئوية
يجب على المضخة الحرارية العمل ضد درجة حرارة رجوع أعلى قليلاً.
قد يزيد ذلك من درجة حرارة التكثيف ويقلل من كفاءة التدفئة.
لا يمكن تمثيل عقوبة معامل الأداء (COP) الدقيقة بنسبة مئوية عالمية واحدة لأنها تعتمد على:
المبرد
الضاغط
درجة الحرارة الخارجية
درجة حرارة المياه
تردد الضاغط
تصميم المبادل الحراري
لكن المبدأ الهندسي واضح:
بالنسبة للمضخة الحرارية، فإن الزيادات غير الضرورية في درجة حرارة المياه تقلل بشكل عام من الكفاءة.
المضخات الحرارية حساسة بشكل خاص لدرجة حرارة المياه.
كلما انخفضت درجة حرارة مياه التدفئة المطلوبة، كان من الأسهل بشكل عام لدورة التبريد نقل الحرارة.
هذا أحد الأسباب التي تجعل المضخات الحرارية تعمل بشكل جيد بشكل خاص مع:
التدفئة الأرضية
لأن التدفئة الأرضية يمكن أن تعمل غالبًا في درجات حرارة مياه إمداد منخفضة نسبيًا.
إذا أجبر الخلط الهيدروليكي غير الضروري المضخة الحرارية على العمل عند درجة حرارة مياه خروج أعلى مما يحتاجه المبنى فعليًا، فقد ينخفض معامل الأداء (COP).
لذلك، لا ينبغي للخزان التخزيني أن يوفر الكتلة الحرارية فحسب.
يجب أيضًا تصميم ترتيب الأنابيب لتقليل الخلط غير الضروري.
هذا تمييز مهم.
تتصل دوائر المضخة الحرارية والمبنى بشكل منفصل بالخزان.
الترتيب النموذجي:
مضخة حرارية → خزان → مضخة حرارية
و:
خزان → مبنى → خزان
تشمل المزايا:
فصل هيدروليكي قوي
تدفق أولي وثانوي مستقل
تكامل أسهل متعدد المناطق
عيب محتمل:
خلط هيدروليكي أكبر إذا كانت التدفقات الأولية والثانوية مختلفة بشكل كبير
يمكن تركيب الخزان في سلسلة أو كجزء من ترتيب رجوع مشترك.
قد يكون غرضه الرئيسي هو:
زيادة حجم مياه النظام
توفير الكتلة الحرارية
تقليل الدوران
مع تقليل بعض الخلط المرتبط بالفصل الهيدروليكي الكامل.
أي تكوين أفضل؟
يعتمد ذلك على ما إذا كان المشروع يحتاج بشكل أساسي إلى:
حجم حراري
أو:
فصل هيدروليكي + حجم حراري
يجب تحديد ذلك أثناء تصميم النظام.
بمجرد إنشاء ترتيب الخزان، يمكننا اختيار المضخات.
تخدم المضخة الأولية دائرة المضخة الحرارية.
معلمتان أساسيتان:
و
لنبدأ بالتدفق.
بالنسبة للأنظمة المائية، يكون الخرج الحراري تقريبًا:
Q = 1.163 × التدفق × ΔT
حيث:
Q = السعة الحرارية بالكيلوواط
التدفق = تدفق المياه بالمتر المكعب/ساعة
ΔT = فرق درجة حرارة المياه بالدرجة المئوية
لذلك:
التدفق = Q / (1.163 × ΔT)
على سبيل المثال، لنفترض أن مضخة حرارية تنتج:
12 كيلوواط
ومصممة لـ:
ΔT = 5 درجات مئوية
ثم:
التدفق = 12 / (1.163 × 5)
≈ 2.06 متر مكعب/ساعة
لذلك يجب أن تكون المضخة قادرة على توفير ما يقرب من:
2.1 متر مكعب/ساعة
عند رأس ضغط النظام المطلوب.
لكن التدفق وحده لا يكفي.
يجب على مضخة الدوران التغلب على المقاومة الهيدروليكية للدائرة.
قد تشمل الدائرة الأولية:
مبادل حراري للمضخة الحرارية
أنابيب
أكواع
وصلات
صمامات
صمامات فحص
مصفاة
عدادات تدفق
وصلات خزان التخزين
كل مكون يخلق انخفاضًا في الضغط.
رأس المضخة الإجمالي المطلوب هو تقريبًا:
إجمالي انخفاض الضغط = فقدان الأنابيب + فقدان التركيبات + فقدان المعدات
يجب أن توفر مضخة الدوران المختارة تدفق التصميم المطلوب عند انخفاض الضغط هذا.
هذا يعني أن اختيار المضخة يجب أن يستخدم دائمًا منحنى أداء المضخة.
لا تختر مضخة بناءً على أقصى تدفق لها فقط.
ولا تخترها بناءً على أقصى رأس لها فقط.
المعلمة المهمة هي الفعلية:
نقطة التشغيل = التدفق المطلوب + الرأس المطلوب
إحدى مزايا الفصل الهيدروليكي هي أن الدائرة الأولية عادة ما تكون بسيطة نسبيًا.
على سبيل المثال:
مضخة حرارية → مضخة → خزان تخزين → مضخة حرارية
طول الأنبوب والمكونات معروفة.
هذا يجعل حساب انخفاض الضغط مباشرًا نسبيًا.
لذلك، يمكن اختيار المضخة الأولية بدقة للمضخة الحرارية.
هذا أسهل بكثير من مطالبة مضخة واحدة بخدمة:
مضخة حرارية + ثلاثة طوابق + مشعات + تدفئة أرضية + وحدات ملف المروحة + صمامات مناطق
حيث قد يتغير مقاومة النظام باستمرار.
للمضخة الثانوية وظيفة مختلفة.
إنها تزود نظام توزيع المبنى.
لذلك يجب أن يأخذ تصميمها في الاعتبار:
متطلبات تدفق الأطراف
أطوال الأنابيب
أقطار الأنابيب
عدد التركيبات
صمامات التحكم
صمامات الخلط
موزعات
المشعات
وحدات ملف المروحة
حلقات التدفئة الأرضية
التشغيل المتزامن للمناطق
يعتمد إجمالي التدفق الثانوي على حمل الأطراف النشط.
ولكن رأس المضخة المطلوب عادة ما يتم تحديده بواسطة الدائرة الأكثر تطلبًا هيدروليكيًا، وليس بمجرد إضافة انخفاض الضغط لكل فرع متوازي معًا.
هذا التمييز مهم للغاية.
لنفترض أن نظام التدفئة الأرضية يتطلب:
إجمالي التدفق = 1.8 متر مكعب/ساعة
الحلقة الأكثر تطلبًا بالإضافة إلى أنابيب التوزيع تنتج انخفاضًا في الضغط المحسوب يعادل:
4.0 متر رأس مياه
لذلك، يجب اختيار المضخة لتعمل بكفاءة حول:
1.8 متر مكعب/ساعة @ 4.0 متر رأس
— ليس فقط لأن لوحة الاسم الخاصة بها تقول:
أقصى تدفق = 4 متر مكعب/ساعة
أو:
أقصى رأس = 7 متر
يجب فحص منحنى المضخة.
تضخيم مضخات الدوران هو خطأ شائع.
يمكن للمضخة الكبيرة جدًا أن تسبب:
سرعة مياه مفرطة
استهلاك كهرباء أعلى
ضوضاء الصمامات
ضوضاء التدفق
ضغط تفاضلي مفرط
اختناق غير ضروري
تحكم ضعيف في المنطقة
قد تدفع النظام بعيدًا عن نقطة التصميم الهيدروليكي المقصودة.
المضخة ذات الحجم الصغير تخلق مشاكل مختلفة:
تدفق مياه غير كافٍ
زيادة ΔT
خرج طرف ضعيف
إنذارات التدفق
تشغيل مضخة حرارية غير مستقر
لذلك، فإن تحديد الحجم الصحيح أمر بالغ الأهمية.
نادرًا ما تعمل أنظمة التدفئة والتبريد السكنية بتدفق ثابت.
تخيل فيلا بها عشر مناطق تسخين.
في ظروف التصميم:
10 مناطق مفتوحة
خلال التشغيل الشتوي العادي:
6 مناطق مفتوحة
خلال الطقس المعتدل:
2 مناطق مفتوحة
يتغير تدفق الدائرة الثانوية المطلوب بشكل كبير.
تشغيل مضخة ذات سرعة ثابتة بكامل طاقتها باستمرار يهدر الطاقة ويمكن أن يخلق ضغطًا تفاضليًا مفرطًا عند إغلاق المناطق.
يمكن لمضخة الدوران الحديثة ذات السرعة المتغيرة ECM تعديل سرعتها وفقًا للطلب الفعلي.
هذا مفيد بشكل خاص مع:
موزعات التدفئة الأرضية
صمامات المشعاع الحرارية
صمامات المناطق
صمامات التحكم في وحدات ملف المروحة
لطاقة المضخة علاقة مهمة جدًا بالسرعة.
وفقًا لقوانين انجذاب المضخة:
التدفق ∝ السرعة
الرأس ∝ السرعة²
الطاقة ∝ السرعة³
هذا يعني أن تقليل سرعة المضخة يمكن أن يقلل بشكل كبير من الاستهلاك الكهربائي.
كمثال نظري مبسط:
إذا تم تقليل سرعة المضخة إلى 80%:
الطاقة ≈ 0.8³ = 0.512
أو تقريبًا:
51% من الطاقة النظرية الأصلية
ستختلف الأنظمة الفعلية بسبب كفاءة المضخة وخصائص النظام، ولكن المبدأ مهم للغاية:
لا تنقل المزيد من المياه مما يحتاجه المبنى فعليًا.
بالنسبة لأنظمة المضخات الحرارية السكنية والتجارية الخفيفة الحديثة، تُفضل عادةً مضخات الدوران التي يتم التحكم فيها إلكترونيًا وعالية الكفاءة.
تشمل المزايا الشائعة:
تشغيل السرعة المتغيرة
تقنية المحرك المغناطيسي الدائم
كفاءة أفضل في الأحمال الجزئية
التحكم في الضغط التفاضلي
استهلاك كهرباء أقل
ضوضاء أقل
توافق أفضل مع تقسيم المناطق
اعتمادًا على الشركة المصنعة، قد تشمل أوضاع التحكم:
ضغط ثابت
مفيد للأنظمة التي تفتح وتغلق فيها صمامات المناطق بشكل متكرر.
ضغط تناسبي
مفيد غالبًا لأنظمة المشعات ذات الصمامات الحرارية.
سرعة ثابتة
قد لا يزال مناسبًا لدوائر أولية ذات تدفق ثابت محددة.
يعتمد الوضع الصحيح على التصميم الهيدروليكي.
لا تزال المضخات الطاردة المركزية الأكبر مناسبة للعديد من أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء التجارية والصناعية.
المشكلة ليست ما إذا كانت المضخة "طاردة مركزية" أم "ليست طاردة مركزية" — تستخدم العديد من مضخات الدوران الهيدروليكية مبادئ هيدروليكية طاردة مركزية أساسًا.
الأسئلة المهمة هي:
هل المضخة مناسبة لنقطة الخدمة المطلوبة؟
هل يمكنها التعديل بكفاءة؟
ما هي كفاءة محركها؟
ما هو أداءها في الأحمال الجزئية؟
هل هي مناسبة لاستراتيجية التحكم في النظام؟
هل الأداء الصوتي مناسب؟
بالنسبة للتركيبات السكنية، تعتبر الضوضاء وكفاءة الأحمال الجزئية مهمة بشكل خاص.
بالنسبة للمشاريع التجارية الكبيرة، قد تكون المضخات ذات التردد المتغير المختارة بشكل صحيح أكثر ملاءمة.
هذا يستحق اهتمامًا خاصًا.
في نظام هيدروليكي مغلق، لا يعني مبنى مكون من ثلاثة طوابق أن مضخة الدوران يجب أن "ترفع" المياه باستمرار عبر ارتفاع المبنى بأكمله.
بمجرد ملء النظام وتضغيطه، تتوازن رؤوس الضغط الساكنة الصاعدة والهابطة إلى حد كبير.
تحتاج مضخة الدوران بشكل أساسي إلى التغلب على:
فقدان ضغط الاحتكاك
من:
أنابيب
تركيبات
صمامات
مبادلات حرارية
موزعات
أطراف
لا يزال ارتفاع المبنى مهمًا لـ ضغط التعبئة الساكن، وتصميم وعاء التمدد، والحد الأدنى لضغط النظام، ولكن لا ينبغي إضافته مباشرة إلى رأس مضخة الدوران.
هذا أحد أكثر المفاهيم الخاطئة شيوعًا في تحديد حجم المضخات في تصميم التدفئة والتهوية وتكييف الهواء الهيدروليكي.
في نظام ثانوي مصمم بشكل صحيح:
الهدف هو:
الحفاظ على التدفق المطلوب عبر المضخة الحرارية.
يجب أن تتبع عمليتها عادةً متطلبات المضخة الحرارية ومنطق تحكم الشركة المصنعة.
الهدف هو:
توفير التدفق المطلوب فعليًا من أطراف المبنى.
قد تستجيب عمليتها لـ:
ثرموستات الغرفة
صمامات المناطق
الضغط التفاضلي
نظام إدارة المبنى
طلب التدفئة/التبريد
يسمح هذا الفصل لكل مضخة بالعمل وفقًا لوظيفتها الحقيقية.
لا ينبغي أبدًا تصميم خزان التخزين والمضخات بشكل مستقل.
علاقة التصميم الكاملة هي:
سعة المضخة الحرارية
↓
التدفق الأولي المطلوب
↓
المضخة الأولية
↓
خزان التخزين / الواجهة الهيدروليكية
↓
حمل المبنى
↓
التدفق الثانوي
↓
المضخة الثانوية
↓
وحدات الأطراف
كل مكون يؤثر على الآخرين.
على سبيل المثال، تغيير ΔT الطرفي يغير التدفق المطلوب.
تغيير التدفق المطلوب يغير:
سرعة الأنبوب
انخفاض ضغط الأنبوب
نقطة تشغيل المضخة
استهلاك كهرباء المضخة
ظروف الخلط الهيدروليكي
هذا هو السبب في أن تصميم النظام الهيدروليكي يجب أن يُعامل دائمًا كمشكلة هندسية كاملة.
قبل اختيار خزان التخزين ومضخات الدوران لنظام مضخة حرارية من الهواء إلى الماء، يجب على المهندس تحديد:
المضخة الحرارية
سعة التدفئة/التبريد المقدرة
الحد الأدنى لسعة التعديل
الحد الأدنى لتدفق الشركة المصنعة
التدفق التصميمي الموصى به
الحد الأدنى لحجم مياه النظام
المطلوب ΔT
متطلبات إزالة الجليد
خزان التخزين
حجم مياه النظام الحالي
الحد الأدنى للحمل النشط للمبنى
وقت التشغيل الأدنى المطلوب
تأرجح درجة الحرارة المسموح به
الفصل الهيدروليكي المطلوب
تكوين ثنائي الأنابيب أو رباعي الأنابيب
مستوى العزل
المضخة الأولية
تدفق المضخة الحرارية المطلوب
انخفاض ضغط المبادل الحراري
مقاومة الأنابيب الأولية
مقاومة الصمامات والتركيبات
نقطة تشغيل المضخة
المضخة الثانوية
حمل تصميم المبنى
تدفق الأطراف
الدائرة الهيدروليكية الأكثر تطلبًا
استراتيجية التحكم في المنطقة
تشغيل الأحمال الجزئية
متطلبات السرعة المتغيرة
إذا كانت هذه المعلمات معروفة، يصبح اختيار المكونات أكثر موثوقية بكثير.
عند اختيار خزان تخزين ومضخات، فإن الأكبر لا يعني تلقائيًا الأكثر أمانًا.
خزان ذو حجم زائد → تكلفة أكبر + فقدان حرارة أكبر + استجابة أبطأ
مضخة ذات حجم زائد → كهرباء أكبر + ضوضاء أكبر + ضغط تفاضلي مفرط
خزان ذو حجم صغير → زيادة خطر الدوران القصير
مضخة ذات حجم صغير → تدفق غير كافٍ + نقل حرارة ضعيف
الهدف هو إيجاد توازن التشغيل الصحيح.
لنظام هيدروليكي ثانوي مصمم جيدًا:
يجب أن تتلقى المضخة الحرارية التدفق الذي تحتاجه، ويجب أن يتلقى المبنى التدفق الذي يحتاجه، ولا يجب أن تنقل أي مضخة مياه أكثر من اللازم.
هذا هو أساس التصميم الهيدروليكي الفعال.
اختيار مضخة حرارية فعالة تعمل بالهواء هو مجرد البداية.
يعتمد الأداء الفعلي للتثبيت على كيفية عمل نظام الهيدروليكي بأكمله معًا:
مضخة حرارية + خزان تخزين + مضخة أولية + مضخة ثانوية + أنابيب + تحكم + أطراف + حمل المبنى
يمكن لخزان التخزين ذي الحجم الصحيح توفير كتلة حرارية كافية، وتقليل الدوران القصير، وتوفير فصل هيدروليكي عند الحاجة.
يمكن لمضخة أولية مختارة بشكل صحيح الحفاظ على تدفق مستقر عبر المضخة الحرارية.
يمكن لمضخة ثانوية يتم التحكم فيها بشكل صحيح الاستجابة بكفاءة لطلب المبنى الفعلي.
عند تصميم هذه المكونات كنظام واحد، يمكن أن تكون النتيجة:
تشغيل أكثر استقرارًا | استهلاك طاقة مساعد أقل | راحة أفضل | تحكم أسهل | موثوقية أفضل على المدى الطويل
الهدف ليس استخدام أكبر خزان تخزين أو أقوى مضخة دوران.
الهدف هو جعل كل مكون يعمل بأقرب ما يمكن من متطلبه التصميمي الفعلي.
هذه هي هندسة المضخات الحرارية الجيدة.
لمزيد من المعلومات الفنية حول المضخات الحرارية التي تعمل بالهواء، وأنظمة التدفئة الهيدروليكية، وخزانات التخزين، والتدفئة الأرضية، وحلول المضخات الحرارية من OEM، قم بزيارة:
لا يوجد حجم خزان تخزين عالمي. يجب تحديده من الحد الأدنى لخرج المضخة الحرارية، والحد الأدنى لحمل المبنى، وحجم المياه الحالي، وتأرجح درجة الحرارة المسموح به، ووقت تشغيل الضاغط الأدنى المطلوب، وتقسيم المناطق، ومتطلبات الشركة المصنعة.
يمكن استخدامها كقاعدة إرشادية أولية في بعض التطبيقات، ولكن لا ينبغي أن تحل محل متطلبات الشركة المصنعة أو حساب الحجم الحراري. يمكن أن يكون للمضختين الحراريتين بنفس السعة المقدرة مستويات تعديل دنيا مختلفة جدًا.
بالنسبة للماء، تقريب هو مفيد:
التدفق (متر مكعب/ساعة) = السعة (كيلوواط) / [1.163 × ΔT (درجة مئوية)]
بالنسبة لمضخة حرارية بقدرة 12 كيلوواط تعمل عند ΔT 5 درجات مئوية، يكون التدفق تقريبًا 2.06 متر مكعب/ساعة.
حدد تدفق المياه المطلوب وانخفاض ضغط الدائرة الإجمالي، ثم اختر مضخة يوفر منحنى أدائها هذا التدفق عند الرأس المطلوب. لا تختر مضخة باستخدام أقصى تدفق أو أقصى رأس فقط.
ليس بالضرورة. يتم اختيار المضخة الأولية وفقًا لمتطلبات دائرة المضخة الحرارية، بينما يتم اختيار المضخة الثانوية وفقًا لنظام توزيع المبنى.
غالبًا ما تكون مفيدة، خاصة في الأنظمة ذات التدفق المتغير والمتعدد المناطق. ومع ذلك، يجب أن تحافظ استراتيجية التحكم على الحد الأدنى لمتطلبات تدفق الشركة المصنعة للمضخة الحرارية.
الاختيار الصحيح لـ خزان التخزين ومضخات الدوران هو أحد أهم أجزاء تصميم نظام هيدرونيكي ثانوي لمضخة حرارية من الهواء إلى الماء.
قد تتمتع المضخة الحرارية بمعامل أداء ممتاز (COP)، وضواغط عاكسة عالية الكفاءة، وأنظمة تحكم متقدمة - ولكن إذا كان حجم خزان التخزين غير صحيح أو كانت مضخات الدوران تعمل بعيدًا عن نقاط التصميم الخاصة بها، فقد يظل النظام بأكمله يعاني من:
تكرار دورات تشغيل الضاغط
استهلاك كهرباء مفرط للمضخة
تدفق مياه غير كافٍ
تقلبات كبيرة في درجة حرارة المياه
خلط هيدروليكي غير ضروري
انخفاض كفاءة المضخة الحرارية
أداء تسخين أو تبريد ضعيف
إنذارات التدفق وتشغيل غير مستقر
لذلك، فإن الهدف ليس مجرد تركيب خزان "كبير بما يكفي" ومضخة "قوية بما يكفي".
الهندسة الهيدروليكية الجيدة تعني اختيار كل مكون وفقًا لـ الحمل الحراري الفعلي، وتدفق المياه، وانخفاض الضغط، والحد الأدنى من خرج المضخة الحرارية، وخصائص تشغيل المبنى.
دعنا نلقي نظرة على المبادئ الهندسية وراء تحديد حجم خزان التخزين واختيار مضخة الدوران.
قبل اختيار المكونات، نحتاج إلى فهم ما تفعله.
يحتوي نظام المضخة الحرارية الثانوي النموذجي على دائرتين مائيتين.
مضخة حرارية → مضخة دوران أولية → خزان تخزين → مضخة حرارية
تخدم الدائرة الأولية بشكل أساسي المضخة الحرارية.
خزان تخزين → مضخة دوران ثانوية → أطراف المبنى → خزان تخزين
تخدم الدائرة الثانوية المبنى.
قد تشمل هذه الأطراف:
تدفئة أرضية
المشعات
وحدات ملف المروحة
وحدات معالجة الهواء
مناطق تسخين متعددة
هذا الفصل مهم لأن المضخة الحرارية والمبنى لا يتطلبان بالضرورة نفس التدفق في نفس الوقت.
لذلك، يمكن اختيار المضخة الأولية بناءً على المتطلبات الهيدروليكية للمضخة الحرارية، بينما يتم اختيار المضخة الثانوية بناءً على متطلبات نظام التوزيع.
خزان التخزين ليس مجرد حاوية مياه كبيرة.
إحدى وظائفه الرئيسية هي توفير كتلة حرارية.
حجم مياه النظام القليل جدًا يمكن أن يتسبب في تغير درجة حرارة المياه بسرعة.
هذا يزيد من خطر:
تشغيل المضخة الحرارية → الوصول إلى درجة الحرارة المستهدفة → إيقاف → انخفاض درجة الحرارة → تشغيل مرة أخرى
بمعنى آخر:
الدوران القصير
ولكن جعل الخزان كبيرًا جدًا ليس بالضرورة أفضل أيضًا.
يمكن للخزان ذي الحجم الزائد أن يزيد من:
تكلفة المعدات
مساحة التركيب
فقدان الحرارة الدائم
وقت تسخين النظام
حجم المياه الإجمالي
لذلك، فإن الهدف هو:
توفير كتلة حرارية كافية لتحقيق تشغيل مستقر للمضخة الحرارية دون زيادة حجم النظام بشكل غير ضروري.
اختصار شائع في الصناعة هو:
"X لتر من خزان التخزين لكل كيلوواط من سعة المضخة الحرارية".
يمكن أن يكون هذا مفيدًا للتقدير الأولي، ولكن لا ينبغي التعامل معه كقاعدة تصميم عالمية.
لماذا؟
لأن الدوران القصير لا يتم تحديده بواسطة السعة المقدرة وحدها.
ضع في اعتبارك مضختين حراريتين بقدرة 15 كيلوواط.
قد تقوم المضخة الحرارية A بالتعديل إلى 3 كيلوواط.
قد تقوم المضخة الحرارية B بالتعديل فقط إلى 6 كيلوواط.
إذا كان الحد الأدنى لطلب التدفئة النشط للمبنى هو 2 كيلوواط، فإن النظامين يتصرفان بشكل مختلف تمامًا.
بالنسبة للمضخة الحرارية A:
3 - 2 = 1 كيلوواط خرج زائد
بالنسبة للمضخة الحرارية B:
6 - 2 = 4 كيلوواط خرج زائد
لذلك، تتطلب المضخة الحرارية B تخزينًا حراريًا أكبر بكثير لتحقيق نفس الحد الأدنى من وقت تشغيل الضاغط.
هذا هو السبب في أن الحد الأدنى لسعة المضخة الحرارية غالبًا ما يكون أكثر أهمية من السعة المقدرة عند تقييم خطر الدوران القصير.
يعتمد حساب مبسط مفيد على الطاقة الحرارية التي يجب امتصاصها خلال فترة تشغيل الضاغط الدنيا المطلوبة.
يمكن تقدير حجم المياه الفعال المطلوب من:
V = Q × t / (ρ × Cp × ΔT)
بالنسبة للماء، يمكن تبسيط ذلك لحسابات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء العملية إلى:
V ≈ 14.3 × P × t / ΔT
حيث:
V = حجم المياه الفعال المطلوب باللتر
P = خرج الحرارة الزائد بالكيلوواط
t = وقت التشغيل الأدنى المطلوب بالدقائق
ΔT = تغير درجة حرارة المياه المسموح به بالدرجة المئوية
المصطلح الرئيسي هو خرج الحرارة الزائد:
P = الحد الأدنى لخرج المضخة الحرارية - الحد الأدنى للحمل النشط للمبنى
يعطي هذا تقديرًا أكثر واقعية من مجرد ضرب سعة المضخة الحرارية المقدرة بقيمة اعتباطية لتر/كيلوواط.
لنفترض أن مضخة حرارية عاكسة لديها:
الحد الأدنى لخرج التدفئة = 6 كيلوواط
خلال الطقس المعتدل، الحد الأدنى للحمل النشط للمبنى هو:
2 كيلوواط
لذلك:
الخرج الزائد = 6 - 2 = 4 كيلوواط
لنفترض أننا نريد على الأقل:
15 دقيقة كحد أدنى لوقت تشغيل الضاغط
ونسمح لدرجة حرارة مياه النظام بالارتفاع بمقدار:
5 درجات مئوية
ثم:
V ≈ 14.3 × 4 × 15 / 5
V ≈ 172 لتر
هذا هو حجم المياه الفعال التقريبي المطلوب لامتصاص عدم تطابق الإخراج المؤقت.
لكن هذا لا يعني تلقائيًا أننا بحاجة إلى خزان تخزين بسعة 172 لتر.
لماذا؟
لأن النظام الهيدروليكي الحالي يحتوي بالفعل على مياه.
لنفترض أن حجم المياه الفعال الأدنى المحسوب لدينا هو:
172 لتر
لكن النظام يحتوي بالفعل على:
أنابيب التدفئة الأرضية: 70 لتر
الأنابيب الرئيسية: 20 لتر
مبادل حراري للمضخة الحرارية وأنابيب داخلية: 10 لتر
إجمالي الحجم الحالي:
100 لتر
لذلك، سيكون الحجم الإضافي المطلوب تقريبًا:
172 - 100 = 72 لتر
يمكن بعد ذلك النظر في خزان تخزين متاح تجاريًا بالحجم المناسب التالي، مع مراعاة متطلبات الشركة المصنعة للمضخة الحرارية وتكوين الهيدروليكي الفعلي.
هذا نهج أكثر منطقية بكثير من تركيب خزان بسعة 200 لتر أو 300 لتر تلقائيًا.
غالبًا ما تُستخدم فترة تشغيل دنيا مثل 10-15 دقيقة كفحص هندسي عند تقييم الكتلة الحرارية والدوران.
الغرض بسيط.
نريد تجنب:
تشغيل → إيقاف → تشغيل → إيقاف
كل بضع دقائق.
دورات التشغيل الأطول توفر بشكل عام درجات حرارة نظام أكثر استقرارًا وتسمح للمضخات الحرارية العاكسة بالتعديل بشكل أكثر فعالية.
ومع ذلك، لا توجد قاعدة عالمية تقول إن كل مضخة حرارية يجب أن تعمل لمدة 15 دقيقة بالضبط.
تحقق دائمًا من:
الحد الأدنى لحجم المياه من الشركة المصنعة
استراتيجية التحكم في الضاغط
متطلبات وقت التشغيل الأدنى
متطلبات إزالة الجليد
نطاق تعديل العاكس
يجب أن تكون بيانات الشركة المصنعة لها الأولوية على قواعد تحديد الحجم العامة.
حجم الخزان وحده لا يحدد ما إذا كان النظام فعالًا.
الاتصال الهيدروليكي مهم بنفس القدر.
يمكن لتكوين خزان التخزين التقليدي بأربع أنابيب توفير فصل هيدروليكي قوي بين الدائرتين الأولية والثانوية.
ومع ذلك، يمكن أن يؤدي أيضًا إلى خلط داخل الخزان.
على سبيل المثال، لنفترض أن المياه الراجعة من نظام التدفئة الأرضية هي:
35 درجة مئوية
إذا تسبب الخلط الهيدروليكي في ارتفاع درجة حرارة المياه التي تدخل المضخة الحرارية إلى:
36 درجة مئوية
يجب على المضخة الحرارية العمل ضد درجة حرارة رجوع أعلى قليلاً.
قد يزيد ذلك من درجة حرارة التكثيف ويقلل من كفاءة التدفئة.
لا يمكن تمثيل عقوبة معامل الأداء (COP) الدقيقة بنسبة مئوية عالمية واحدة لأنها تعتمد على:
المبرد
الضاغط
درجة الحرارة الخارجية
درجة حرارة المياه
تردد الضاغط
تصميم المبادل الحراري
لكن المبدأ الهندسي واضح:
بالنسبة للمضخة الحرارية، فإن الزيادات غير الضرورية في درجة حرارة المياه تقلل بشكل عام من الكفاءة.
المضخات الحرارية حساسة بشكل خاص لدرجة حرارة المياه.
كلما انخفضت درجة حرارة مياه التدفئة المطلوبة، كان من الأسهل بشكل عام لدورة التبريد نقل الحرارة.
هذا أحد الأسباب التي تجعل المضخات الحرارية تعمل بشكل جيد بشكل خاص مع:
التدفئة الأرضية
لأن التدفئة الأرضية يمكن أن تعمل غالبًا في درجات حرارة مياه إمداد منخفضة نسبيًا.
إذا أجبر الخلط الهيدروليكي غير الضروري المضخة الحرارية على العمل عند درجة حرارة مياه خروج أعلى مما يحتاجه المبنى فعليًا، فقد ينخفض معامل الأداء (COP).
لذلك، لا ينبغي للخزان التخزيني أن يوفر الكتلة الحرارية فحسب.
يجب أيضًا تصميم ترتيب الأنابيب لتقليل الخلط غير الضروري.
هذا تمييز مهم.
تتصل دوائر المضخة الحرارية والمبنى بشكل منفصل بالخزان.
الترتيب النموذجي:
مضخة حرارية → خزان → مضخة حرارية
و:
خزان → مبنى → خزان
تشمل المزايا:
فصل هيدروليكي قوي
تدفق أولي وثانوي مستقل
تكامل أسهل متعدد المناطق
عيب محتمل:
خلط هيدروليكي أكبر إذا كانت التدفقات الأولية والثانوية مختلفة بشكل كبير
يمكن تركيب الخزان في سلسلة أو كجزء من ترتيب رجوع مشترك.
قد يكون غرضه الرئيسي هو:
زيادة حجم مياه النظام
توفير الكتلة الحرارية
تقليل الدوران
مع تقليل بعض الخلط المرتبط بالفصل الهيدروليكي الكامل.
أي تكوين أفضل؟
يعتمد ذلك على ما إذا كان المشروع يحتاج بشكل أساسي إلى:
حجم حراري
أو:
فصل هيدروليكي + حجم حراري
يجب تحديد ذلك أثناء تصميم النظام.
بمجرد إنشاء ترتيب الخزان، يمكننا اختيار المضخات.
تخدم المضخة الأولية دائرة المضخة الحرارية.
معلمتان أساسيتان:
و
لنبدأ بالتدفق.
بالنسبة للأنظمة المائية، يكون الخرج الحراري تقريبًا:
Q = 1.163 × التدفق × ΔT
حيث:
Q = السعة الحرارية بالكيلوواط
التدفق = تدفق المياه بالمتر المكعب/ساعة
ΔT = فرق درجة حرارة المياه بالدرجة المئوية
لذلك:
التدفق = Q / (1.163 × ΔT)
على سبيل المثال، لنفترض أن مضخة حرارية تنتج:
12 كيلوواط
ومصممة لـ:
ΔT = 5 درجات مئوية
ثم:
التدفق = 12 / (1.163 × 5)
≈ 2.06 متر مكعب/ساعة
لذلك يجب أن تكون المضخة قادرة على توفير ما يقرب من:
2.1 متر مكعب/ساعة
عند رأس ضغط النظام المطلوب.
لكن التدفق وحده لا يكفي.
يجب على مضخة الدوران التغلب على المقاومة الهيدروليكية للدائرة.
قد تشمل الدائرة الأولية:
مبادل حراري للمضخة الحرارية
أنابيب
أكواع
وصلات
صمامات
صمامات فحص
مصفاة
عدادات تدفق
وصلات خزان التخزين
كل مكون يخلق انخفاضًا في الضغط.
رأس المضخة الإجمالي المطلوب هو تقريبًا:
إجمالي انخفاض الضغط = فقدان الأنابيب + فقدان التركيبات + فقدان المعدات
يجب أن توفر مضخة الدوران المختارة تدفق التصميم المطلوب عند انخفاض الضغط هذا.
هذا يعني أن اختيار المضخة يجب أن يستخدم دائمًا منحنى أداء المضخة.
لا تختر مضخة بناءً على أقصى تدفق لها فقط.
ولا تخترها بناءً على أقصى رأس لها فقط.
المعلمة المهمة هي الفعلية:
نقطة التشغيل = التدفق المطلوب + الرأس المطلوب
إحدى مزايا الفصل الهيدروليكي هي أن الدائرة الأولية عادة ما تكون بسيطة نسبيًا.
على سبيل المثال:
مضخة حرارية → مضخة → خزان تخزين → مضخة حرارية
طول الأنبوب والمكونات معروفة.
هذا يجعل حساب انخفاض الضغط مباشرًا نسبيًا.
لذلك، يمكن اختيار المضخة الأولية بدقة للمضخة الحرارية.
هذا أسهل بكثير من مطالبة مضخة واحدة بخدمة:
مضخة حرارية + ثلاثة طوابق + مشعات + تدفئة أرضية + وحدات ملف المروحة + صمامات مناطق
حيث قد يتغير مقاومة النظام باستمرار.
للمضخة الثانوية وظيفة مختلفة.
إنها تزود نظام توزيع المبنى.
لذلك يجب أن يأخذ تصميمها في الاعتبار:
متطلبات تدفق الأطراف
أطوال الأنابيب
أقطار الأنابيب
عدد التركيبات
صمامات التحكم
صمامات الخلط
موزعات
المشعات
وحدات ملف المروحة
حلقات التدفئة الأرضية
التشغيل المتزامن للمناطق
يعتمد إجمالي التدفق الثانوي على حمل الأطراف النشط.
ولكن رأس المضخة المطلوب عادة ما يتم تحديده بواسطة الدائرة الأكثر تطلبًا هيدروليكيًا، وليس بمجرد إضافة انخفاض الضغط لكل فرع متوازي معًا.
هذا التمييز مهم للغاية.
لنفترض أن نظام التدفئة الأرضية يتطلب:
إجمالي التدفق = 1.8 متر مكعب/ساعة
الحلقة الأكثر تطلبًا بالإضافة إلى أنابيب التوزيع تنتج انخفاضًا في الضغط المحسوب يعادل:
4.0 متر رأس مياه
لذلك، يجب اختيار المضخة لتعمل بكفاءة حول:
1.8 متر مكعب/ساعة @ 4.0 متر رأس
— ليس فقط لأن لوحة الاسم الخاصة بها تقول:
أقصى تدفق = 4 متر مكعب/ساعة
أو:
أقصى رأس = 7 متر
يجب فحص منحنى المضخة.
تضخيم مضخات الدوران هو خطأ شائع.
يمكن للمضخة الكبيرة جدًا أن تسبب:
سرعة مياه مفرطة
استهلاك كهرباء أعلى
ضوضاء الصمامات
ضوضاء التدفق
ضغط تفاضلي مفرط
اختناق غير ضروري
تحكم ضعيف في المنطقة
قد تدفع النظام بعيدًا عن نقطة التصميم الهيدروليكي المقصودة.
المضخة ذات الحجم الصغير تخلق مشاكل مختلفة:
تدفق مياه غير كافٍ
زيادة ΔT
خرج طرف ضعيف
إنذارات التدفق
تشغيل مضخة حرارية غير مستقر
لذلك، فإن تحديد الحجم الصحيح أمر بالغ الأهمية.
نادرًا ما تعمل أنظمة التدفئة والتبريد السكنية بتدفق ثابت.
تخيل فيلا بها عشر مناطق تسخين.
في ظروف التصميم:
10 مناطق مفتوحة
خلال التشغيل الشتوي العادي:
6 مناطق مفتوحة
خلال الطقس المعتدل:
2 مناطق مفتوحة
يتغير تدفق الدائرة الثانوية المطلوب بشكل كبير.
تشغيل مضخة ذات سرعة ثابتة بكامل طاقتها باستمرار يهدر الطاقة ويمكن أن يخلق ضغطًا تفاضليًا مفرطًا عند إغلاق المناطق.
يمكن لمضخة الدوران الحديثة ذات السرعة المتغيرة ECM تعديل سرعتها وفقًا للطلب الفعلي.
هذا مفيد بشكل خاص مع:
موزعات التدفئة الأرضية
صمامات المشعاع الحرارية
صمامات المناطق
صمامات التحكم في وحدات ملف المروحة
لطاقة المضخة علاقة مهمة جدًا بالسرعة.
وفقًا لقوانين انجذاب المضخة:
التدفق ∝ السرعة
الرأس ∝ السرعة²
الطاقة ∝ السرعة³
هذا يعني أن تقليل سرعة المضخة يمكن أن يقلل بشكل كبير من الاستهلاك الكهربائي.
كمثال نظري مبسط:
إذا تم تقليل سرعة المضخة إلى 80%:
الطاقة ≈ 0.8³ = 0.512
أو تقريبًا:
51% من الطاقة النظرية الأصلية
ستختلف الأنظمة الفعلية بسبب كفاءة المضخة وخصائص النظام، ولكن المبدأ مهم للغاية:
لا تنقل المزيد من المياه مما يحتاجه المبنى فعليًا.
بالنسبة لأنظمة المضخات الحرارية السكنية والتجارية الخفيفة الحديثة، تُفضل عادةً مضخات الدوران التي يتم التحكم فيها إلكترونيًا وعالية الكفاءة.
تشمل المزايا الشائعة:
تشغيل السرعة المتغيرة
تقنية المحرك المغناطيسي الدائم
كفاءة أفضل في الأحمال الجزئية
التحكم في الضغط التفاضلي
استهلاك كهرباء أقل
ضوضاء أقل
توافق أفضل مع تقسيم المناطق
اعتمادًا على الشركة المصنعة، قد تشمل أوضاع التحكم:
ضغط ثابت
مفيد للأنظمة التي تفتح وتغلق فيها صمامات المناطق بشكل متكرر.
ضغط تناسبي
مفيد غالبًا لأنظمة المشعات ذات الصمامات الحرارية.
سرعة ثابتة
قد لا يزال مناسبًا لدوائر أولية ذات تدفق ثابت محددة.
يعتمد الوضع الصحيح على التصميم الهيدروليكي.
لا تزال المضخات الطاردة المركزية الأكبر مناسبة للعديد من أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء التجارية والصناعية.
المشكلة ليست ما إذا كانت المضخة "طاردة مركزية" أم "ليست طاردة مركزية" — تستخدم العديد من مضخات الدوران الهيدروليكية مبادئ هيدروليكية طاردة مركزية أساسًا.
الأسئلة المهمة هي:
هل المضخة مناسبة لنقطة الخدمة المطلوبة؟
هل يمكنها التعديل بكفاءة؟
ما هي كفاءة محركها؟
ما هو أداءها في الأحمال الجزئية؟
هل هي مناسبة لاستراتيجية التحكم في النظام؟
هل الأداء الصوتي مناسب؟
بالنسبة للتركيبات السكنية، تعتبر الضوضاء وكفاءة الأحمال الجزئية مهمة بشكل خاص.
بالنسبة للمشاريع التجارية الكبيرة، قد تكون المضخات ذات التردد المتغير المختارة بشكل صحيح أكثر ملاءمة.
هذا يستحق اهتمامًا خاصًا.
في نظام هيدروليكي مغلق، لا يعني مبنى مكون من ثلاثة طوابق أن مضخة الدوران يجب أن "ترفع" المياه باستمرار عبر ارتفاع المبنى بأكمله.
بمجرد ملء النظام وتضغيطه، تتوازن رؤوس الضغط الساكنة الصاعدة والهابطة إلى حد كبير.
تحتاج مضخة الدوران بشكل أساسي إلى التغلب على:
فقدان ضغط الاحتكاك
من:
أنابيب
تركيبات
صمامات
مبادلات حرارية
موزعات
أطراف
لا يزال ارتفاع المبنى مهمًا لـ ضغط التعبئة الساكن، وتصميم وعاء التمدد، والحد الأدنى لضغط النظام، ولكن لا ينبغي إضافته مباشرة إلى رأس مضخة الدوران.
هذا أحد أكثر المفاهيم الخاطئة شيوعًا في تحديد حجم المضخات في تصميم التدفئة والتهوية وتكييف الهواء الهيدروليكي.
في نظام ثانوي مصمم بشكل صحيح:
الهدف هو:
الحفاظ على التدفق المطلوب عبر المضخة الحرارية.
يجب أن تتبع عمليتها عادةً متطلبات المضخة الحرارية ومنطق تحكم الشركة المصنعة.
الهدف هو:
توفير التدفق المطلوب فعليًا من أطراف المبنى.
قد تستجيب عمليتها لـ:
ثرموستات الغرفة
صمامات المناطق
الضغط التفاضلي
نظام إدارة المبنى
طلب التدفئة/التبريد
يسمح هذا الفصل لكل مضخة بالعمل وفقًا لوظيفتها الحقيقية.
لا ينبغي أبدًا تصميم خزان التخزين والمضخات بشكل مستقل.
علاقة التصميم الكاملة هي:
سعة المضخة الحرارية
↓
التدفق الأولي المطلوب
↓
المضخة الأولية
↓
خزان التخزين / الواجهة الهيدروليكية
↓
حمل المبنى
↓
التدفق الثانوي
↓
المضخة الثانوية
↓
وحدات الأطراف
كل مكون يؤثر على الآخرين.
على سبيل المثال، تغيير ΔT الطرفي يغير التدفق المطلوب.
تغيير التدفق المطلوب يغير:
سرعة الأنبوب
انخفاض ضغط الأنبوب
نقطة تشغيل المضخة
استهلاك كهرباء المضخة
ظروف الخلط الهيدروليكي
هذا هو السبب في أن تصميم النظام الهيدروليكي يجب أن يُعامل دائمًا كمشكلة هندسية كاملة.
قبل اختيار خزان التخزين ومضخات الدوران لنظام مضخة حرارية من الهواء إلى الماء، يجب على المهندس تحديد:
المضخة الحرارية
سعة التدفئة/التبريد المقدرة
الحد الأدنى لسعة التعديل
الحد الأدنى لتدفق الشركة المصنعة
التدفق التصميمي الموصى به
الحد الأدنى لحجم مياه النظام
المطلوب ΔT
متطلبات إزالة الجليد
خزان التخزين
حجم مياه النظام الحالي
الحد الأدنى للحمل النشط للمبنى
وقت التشغيل الأدنى المطلوب
تأرجح درجة الحرارة المسموح به
الفصل الهيدروليكي المطلوب
تكوين ثنائي الأنابيب أو رباعي الأنابيب
مستوى العزل
المضخة الأولية
تدفق المضخة الحرارية المطلوب
انخفاض ضغط المبادل الحراري
مقاومة الأنابيب الأولية
مقاومة الصمامات والتركيبات
نقطة تشغيل المضخة
المضخة الثانوية
حمل تصميم المبنى
تدفق الأطراف
الدائرة الهيدروليكية الأكثر تطلبًا
استراتيجية التحكم في المنطقة
تشغيل الأحمال الجزئية
متطلبات السرعة المتغيرة
إذا كانت هذه المعلمات معروفة، يصبح اختيار المكونات أكثر موثوقية بكثير.
عند اختيار خزان تخزين ومضخات، فإن الأكبر لا يعني تلقائيًا الأكثر أمانًا.
خزان ذو حجم زائد → تكلفة أكبر + فقدان حرارة أكبر + استجابة أبطأ
مضخة ذات حجم زائد → كهرباء أكبر + ضوضاء أكبر + ضغط تفاضلي مفرط
خزان ذو حجم صغير → زيادة خطر الدوران القصير
مضخة ذات حجم صغير → تدفق غير كافٍ + نقل حرارة ضعيف
الهدف هو إيجاد توازن التشغيل الصحيح.
لنظام هيدروليكي ثانوي مصمم جيدًا:
يجب أن تتلقى المضخة الحرارية التدفق الذي تحتاجه، ويجب أن يتلقى المبنى التدفق الذي يحتاجه، ولا يجب أن تنقل أي مضخة مياه أكثر من اللازم.
هذا هو أساس التصميم الهيدروليكي الفعال.
اختيار مضخة حرارية فعالة تعمل بالهواء هو مجرد البداية.
يعتمد الأداء الفعلي للتثبيت على كيفية عمل نظام الهيدروليكي بأكمله معًا:
مضخة حرارية + خزان تخزين + مضخة أولية + مضخة ثانوية + أنابيب + تحكم + أطراف + حمل المبنى
يمكن لخزان التخزين ذي الحجم الصحيح توفير كتلة حرارية كافية، وتقليل الدوران القصير، وتوفير فصل هيدروليكي عند الحاجة.
يمكن لمضخة أولية مختارة بشكل صحيح الحفاظ على تدفق مستقر عبر المضخة الحرارية.
يمكن لمضخة ثانوية يتم التحكم فيها بشكل صحيح الاستجابة بكفاءة لطلب المبنى الفعلي.
عند تصميم هذه المكونات كنظام واحد، يمكن أن تكون النتيجة:
تشغيل أكثر استقرارًا | استهلاك طاقة مساعد أقل | راحة أفضل | تحكم أسهل | موثوقية أفضل على المدى الطويل
الهدف ليس استخدام أكبر خزان تخزين أو أقوى مضخة دوران.
الهدف هو جعل كل مكون يعمل بأقرب ما يمكن من متطلبه التصميمي الفعلي.
هذه هي هندسة المضخات الحرارية الجيدة.
لمزيد من المعلومات الفنية حول المضخات الحرارية التي تعمل بالهواء، وأنظمة التدفئة الهيدروليكية، وخزانات التخزين، والتدفئة الأرضية، وحلول المضخات الحرارية من OEM، قم بزيارة:
لا يوجد حجم خزان تخزين عالمي. يجب تحديده من الحد الأدنى لخرج المضخة الحرارية، والحد الأدنى لحمل المبنى، وحجم المياه الحالي، وتأرجح درجة الحرارة المسموح به، ووقت تشغيل الضاغط الأدنى المطلوب، وتقسيم المناطق، ومتطلبات الشركة المصنعة.
يمكن استخدامها كقاعدة إرشادية أولية في بعض التطبيقات، ولكن لا ينبغي أن تحل محل متطلبات الشركة المصنعة أو حساب الحجم الحراري. يمكن أن يكون للمضختين الحراريتين بنفس السعة المقدرة مستويات تعديل دنيا مختلفة جدًا.
بالنسبة للماء، تقريب هو مفيد:
التدفق (متر مكعب/ساعة) = السعة (كيلوواط) / [1.163 × ΔT (درجة مئوية)]
بالنسبة لمضخة حرارية بقدرة 12 كيلوواط تعمل عند ΔT 5 درجات مئوية، يكون التدفق تقريبًا 2.06 متر مكعب/ساعة.
حدد تدفق المياه المطلوب وانخفاض ضغط الدائرة الإجمالي، ثم اختر مضخة يوفر منحنى أدائها هذا التدفق عند الرأس المطلوب. لا تختر مضخة باستخدام أقصى تدفق أو أقصى رأس فقط.
ليس بالضرورة. يتم اختيار المضخة الأولية وفقًا لمتطلبات دائرة المضخة الحرارية، بينما يتم اختيار المضخة الثانوية وفقًا لنظام توزيع المبنى.
غالبًا ما تكون مفيدة، خاصة في الأنظمة ذات التدفق المتغير والمتعدد المناطق. ومع ذلك، يجب أن تحافظ استراتيجية التحكم على الحد الأدنى لمتطلبات تدفق الشركة المصنعة للمضخة الحرارية.
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
