مصدر حرارة واحد، طرفان: لماذا لا يصبح تدفئة الأرضية دافئة؟

في نظام مضخة حرارية من الهواء إلى الماء يخدم كلاً منتدفئة الأرضية ووحدات الملفات المروحية، فإن إحدى الشكاوى الأكثر شيوعًا هي:

مضخة الحرارة تعمل والمياه الخارجة ساخنة، لكن تدفئة الأرضية لا تزال لا تستطيع تدفئة الغرف بشكل صحيح.

عند استكشاف هذه المشكلة وإصلاحها، يشك الكثيرون على الفور في عدم كفاية سعة مضخة الحرارة.

ومع ذلك، قد تكون مضخة الحرارة تنتج حرارة كافية.

قد تكون المشكلة الحقيقية أبسط بكثير:

النظام الهيدروليكي لا يضخ ماءً كافيًا.

يعد تدفق المياه غير الكافي أحد أكثر المشاكل الهيدروليكية شيوعًا في أنظمة مضخات الحرارة من الهواء إلى الماء وتدفئة الأرضية. قد يكون ناتجًا عن أنابيب صغيرة جدًا، أو انخفاض ضغط مفرط، أو الكثير من التركيبات، أو تركيب سيئ، أو اختيار مضخة غير صحيح، أو موقع مضخة غير مناسب، أو بنية نظام غير مناسبة.

فيالجزء 5 من سلسلة استكشاف الأخطاء وإصلاحها "مصدر حرارة واحد، طرفان"، نشرح كيف يؤثر تدفق النظام غير الكافي على أداء تدفئة الأرضية وكيف يجب على المهندسين تشخيص المشكلة.

1. لماذا تدفق المياه مهم في نظام تدفئة بمضخة حرارية

ينقل نظام التدفئة الهيدروليكي الحرارة عن طريق تدوير المياه.

العلاقة الأساسية هي:

$$حيث:$$

س

• )م

• = معدل تدفق كتلة الماءح

• = السعة الحرارية النوعية للماءΔ د

• = فرق درجة حرارة الماء المزود/الراجعلحسابات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء العملية باستخدام الماء:

س

$$ساعة$$

يكون التدفق المطلوب مرتفعًا؛

$$20$$

1.163

×

5

التدفق = 20 / (1.163 × 5)

تدفق

≈

3.44

م³

$$3. معدل التدفق ورأس المضخة مختلفان$$ $$عادة ما يتم التعبير عنها بـ:$$

متر عمود مائي

كيلو باسكال

قد توفر المضخة نظريًا تدفقًا كافيًا تحت مقاومة منخفضة، ولكنها تفشل في تحقيق التدفق المطلوب بمجرد توصيلها بالنظام الفعلي.

لذلك، فإن اختيار مضخة وفقًا للتدفق الاسمي فقط ليس كافيًا.

نحتاج إلى العثور على نقطة التشغيل المطلوبة على:

منحنى المضخة × منحنى مقاومة النظام

4. قطر الأنبوب هو أحد أول الأشياء التي يجب التحقق منها

مشكلة شائعة جدًا هي أن أنبوب التوزيع الرئيسي صغير جدًا.

قد يقوم المثبت بتوصيل عدة موزعات بأنبوب رئيسي واحد دون حساب:

إجمالي تدفق التصميم؛

سرعة المياه؛

مقاومة عالية ← تدفق منخفض ← انتقال حرارة غير كافٍ ← مناطق تدفئة أرضية باردة

• الطلب التشغيلي المتزامن؛

• طول الأنبوب المكافئ.

• مع زيادة التدفق عبر أنبوب صغير، تزداد سرعة المياه.

في نفس الوقت، يزداد انخفاض الضغط بسرعة.

يمكن أن يؤدي هذا إلى:

مقاومة عالية ← تدفق منخفض ← انتقال حرارة غير كافٍ ← مناطق تدفئة أرضية باردة

• هذا مهم بشكل خاص في المنازل الكبيرة والمباني متعددة الطوابق.

• 5. لا تختر حجم الأنبوب الرئيسي بناءً على الخبرة فقط

قد يقول المثبت:

نحن نستخدم عادةً هذا الحجم من الأنابيب لتدفئة الأرضية.

هذا ليس أساسًا هندسيًا كافيًا.

يجب أن يعتمد تحديد حجم الأنبوب الرئيسي على المتطلب الهيدروليكي الفعلي.

يجب أن يأخذ الحساب الاحترافي في الاعتبار:

سعة التدفئة المطلوبة

↓

• Δ د التصميمي

• ↓

• تدفق المياه المطلوب

• ↓

• قطر الأنبوب

↓

سرعة المياه

↓

فقدان احتكاك الأنبوب

↓

التركيبات والصمامات

↓

إجمالي انخفاض الضغط

↓

اختيار المضخة

يعد تخطي هذه الحسابات أحد أسباب نجاح بعض الأنظمة في المشاريع الصغيرة ولكنه يفشل عندما يتم نسخ نفس طريقة التركيب إلى مبانٍ أكبر.

6. طول الأنبوب هو جزء فقط من المقاومة

تأتي مقاومة النظام الفعلية أيضًا من:

الموزعات؛

خزانات التخزين المؤقت؛

المخفضات؛

تخلق هذه المكونات

.

لذلك:

إجمالي انخفاض الضغط = احتكاك الأنبوب + الفقد المحلي

غالبًا ما يقوم المهندسون بتحويل التركيبات إلى

طول أنبوب مكافئ

• تدفق المياه المطلوب

• على سبيل المثال، يخلق مرفق بزاوية 90 درجة حادة مقاومة أكبر بكثير من تغيير لطيف في الاتجاه.

• ↓

• قطر الأنبوب

• في التركيبات الفعلية، نادرًا ما يتبع الأنبوب مسارًا مستقيمًا تمامًا.

• ↓

• انخفاض ضغط النظام

• توجيه أكثر سلاسة؛

• انحناءات نصف قطرها طويل؛

• تركيبات بزاوية 45 درجة مناسبة؛

• تغييرات أقل في الاتجاه غير ضرورية.

يصبح هذا مهمًا بشكل متزايد عندما:يكون الأنبوب الرئيسي صغيرًا نسبيًا؛الموزع البعيد لديه تدفق ضعيف

يكون التدفق المطلوب مرتفعًا؛

$$التدفق الفعلي؛$$

طلب الطرف؛خرج مضخة الحرارة؛مواضع الصمام؛

نقطة تشغيل المضخة.

10. مسافات التوزيع الطويلة تزيد المشكلة

يحدث موقف شائع آخر في الفيلات الكبيرة أو المباني التجارية.

قد يتم تركيب مضخة الحرارة وخزان التخزين المؤقت بعيدًا عن أطراف التدفئة.

الأنابيب الأطول تعني:

فقدان احتكاك أكبر؛

• المزيد من التركيبات؛

• المزيد من فقدان الحرارة؛

• متطلب رأس مضخة أعلى؛

• إذا كانت الأنابيب أيضًا صغيرة جدًا، يصبح التأثير أسوأ بكثير.

يجب أيضًا مراعاة عزل الأنابيب.

• أنبوب تدفئة طويل غير معزول أو معزول بشكل سيئ يمكن أن يفقد كمية كبيرة من الحرارة المفيدة قبل وصول الماء إلى موزع تدفئة الأرضية.

• لذلك، بالنسبة للأنظمة الهيدروليكية بعيدة المدى، يجب على المهندسين تقييم كليهما:

• الفقد الهيدروليكي + الفقد الحراري

• 11. المباني متعددة الطوابق تحتاج إلى اهتمام خاص

ضع في اعتبارك فيلا بثلاثة طوابق.

ترتيب شائع هو:مضخة الحرارة ← خزان تخزين مؤقت ← أنبوب توزيع رئيسي ← موزعات أرضيةالموزع البعيد لديه تدفق ضعيف

قد تتلقى الدائرة الأقرب تدفقًا كبيرًا جدًا بينما تتلقى الدوائر البعيدة تدفقًا قليلاً جدًا.

تشمل الأعراض:

الطابق الأول دافئ؛الطوابق العليا باردة؛الموزع البعيد لديه تدفق ضعيف

البعض الآخر يتلقى تدفقًا ضعيفًا؛

الغرف تسخن بشكل غير متساوٍ.

مجرد تركيب مضخة أكبر ليس دائمًا الحل الأفضل.

12. مضخة أكبر لا تعني تلقائيًا تدفئة أفضل

هذا سوء فهم شائع آخر.

• عندما لا تسخن الأرضية بشكل صحيح، يقوم بعض المثبتين على الفور باستبدال مضخة التدوير بأخرى أكبر.

• أحيانًا يساعد هذا.

• أحيانًا يخلق مشاكل جديدة.

• يمكن للمضخة الكبيرة جدًا أن تسبب:

• سرعة مياه مفرطة؛

ضوضاء هيدروليكية؛

استهلاك كهرباء غير ضروري؛

ضوضاء الصمام؛

سلطة تحكم ضعيفة؛

اختلال توازن هيدروليكي.

الهدف الصحيح ليس:

تركيب أكبر مضخة ممكنة.

إنه:

$$الغرض الأساسي منها هو زيادة الضغط المتاح عندما يكون الضغط الحالي غير كافٍ لظروف التوزيع المطلوبة.$$

في أنظمة المضخات الحرارية، يجب أن يتبع اختيار المضخة وموقعها البنية الهيدروليكية الفعلية.

يمكن أن يؤدي إضافة مضخة دون فهم النظام إلى تفاعل ضغط بدلاً من حل المشكلة.

14. موقع المضخة مهم

يمكن أن يؤثر موضع تركيب المضخة بشكل كبير على سلوك النظام.

تعديلات التشغيل.

قد يكون الترتيب النموذجي:

الدائرة الأولية

مضخة الحرارة ← خزان تخزين مؤقت ← مضخة الحرارة

• و:

• الدائرة الثانوية

• خزان تخزين مؤقت ← مضخة تدوير ← تدفئة أرضية/ملفات مروحية ← خزان تخزين مؤقت

• هذا يختلف اختلافًا جوهريًا عن مجرد وضع مضخات متعددة عشوائيًا على التوالي.

• يجب أن يكون لكل مضخة مسؤولية هيدروليكية محددة بوضوح.

15. لماذا يمكن أن يساعد خزان التخزين المؤقت

يمكن لخزان التخزين المؤقت المصمم بشكل صحيح أن يوفر وظائف متعددة:

فصل هيدروليكي؛

حجم إضافي لمياه النظام؛

• تشغيل أكثر استقرارًا لمضخة الحرارة؛

• تقليل الدورات القصيرة؛

• تكامل أسهل لدوائر الأطراف المتعددة؛

• مرونة أفضل في التقسيم إلى مناطق.

في

نظام مصدر حرارة واحد، طرفان

، قد توفر مضخة الحرارة كلاً من:

تدفئة الأرضية + وحدات الملفات المروحية

يمكن أن يكون لهذين النوعين من الأطراف اختلافات كبيرة جدًا:

متطلبات التدفق؛

متطلبات درجة حرارة الماء؛

منطق التحكم؛

جداول التشغيل.

لذلك يمكن أن يجعل الفصل الهيدروليكي النظام أسهل في التحكم.

ومع ذلك:

خزان التخزين المؤقت لا يعوض عن حجم الأنابيب غير الصحيح أو مضخة التدوير المختارة بشكل غير صحيح.

• لا يزال كل دائرة بحاجة إلى تدفق تصميم كافٍ.

• 16. يمكن أن تكون الأنظمة الأولية-الثانوية أفضل للمشاريع الكبيرة

• للفيلات الكبيرة أو المشاريع متعددة المناطق، قد تكون بنية هيدروليكية أولية-ثانوية أكثر عملية.

• على سبيل المثال:

• الجانب الأولي

مضخة الحرارة ← خزان تخزين مؤقت

الجانب الثانوي

خزان تخزين مؤقت ← مضخة منطقة 1 ← تدفئة أرضية الطابق الأرضي

خزان تخزين مؤقت ← مضخة منطقة 2 ← تدفئة أرضية الطابق الأول

خزان تخزين مؤقت ← مضخة منطقة 3 ← تدفئة أرضية الطابق الثاني

خزان تخزين مؤقت ← دائرة منفصلة ← وحدات الملفات المروحية

تسمح هذه البنية للمناطق المختلفة بالعمل حسب الطلب.

• إذا كان طابق واحد فقط يتطلب التدفئة، فلا حاجة لفرض تدفق التصميم الكامل عبر كل دائرة طرفية.

• يمكن أن يحسن هذا:

• الاستقرار الهيدروليكي؛

• التقسيم إلى مناطق؛

• الراحة؛

• التحكم؛

كفاءة الضخ.

17. لماذا غالبًا ما يستخدم ضخ جانب الراجع في دوائر تدفئة الأرضية الثانوية

الخطوة 9 - موازنة النظام

يجب أن يتبع موقع المضخة الدقيق دائمًا التصميم الهيدروليكي، ونقطة توصيل وعاء التمدد، وعلاقات الضغط، ومتطلبات الشركة المصنعة.

المبدأ المهم ليس ببساطة "جانب التزويد" مقابل "جانب الراجع".

إنه:

يجب وضع المضخة بحيث تتلقى الدائرة المقصودة ضغطًا تفاضليًا مستقرًا وتدفق تصميم دون التأثير على الدوائر الأخرى.

هذا مهم بشكل خاص عندما تشترك مضخات متعددة في خزان تخزين مؤقت أو رأس مشترك.

18. الموازنة الهيدروليكية ضرورية

حتى مع أحجام الأنابيب والمضخات الصحيحة، لا يزال النظام غير المتوازن يمكن أن يعاني من مشاكل في التدفق.

تتبع المياه بشكل طبيعي المسار الأقل مقاومة.

لذلك، قد تتلقى الدوائر الأقصر تدفقًا كبيرًا جدًا بينما تتلقى الدوائر الأطول تدفقًا قليلاً جدًا.

قد تشمل الموازنة الهيدروليكية:

عدادات تدفق الموزع؛

صمامات الموازنة؛

التحكم في الضغط التفاضلي؛

مضخات متغيرة السرعة؛

صمامات المنطقة؛

تعديلات التشغيل.

الهدف ليس جعل كل دائرة تتلقى نفس التدفق.

الهدف هو جعل كل دائرة تتلقى

تدفق التصميم الخاص بها

.

19. تسلسل استكشاف الأخطاء وإصلاحها العملي

عندما لا تصل درجة حرارة نظام تدفئة الأرضية، لا تزد من نقطة ضبط مضخة الحرارة على الفور.

• التشخيص المنهجي أكثر فعالية بكثير.

• الخطوة 1 - تأكيد خرج مضخة الحرارة

• تحقق من:

• درجة حرارة الماء الخارج؛

• درجة حرارة الماء الراجع؛

• تردد التشغيل/السعة؛

الإنذارات؛الخطوة 2 - قياس Δ د

قارن Δ د الفعلي للتزويد/الراجع مع حالة التصميم.

قد يشير Δ د المرتفع بشكل غير عادي إلى تدفق منخفض.

• الخطوة 3 - التحقق من التدفق الفعلي

• استخدم:

• بيانات تدفق مضخة الحرارة؛

• عداد تدفق خارجي؛

عدادات تدفق الموزع؛

أدوات التشغيل.

لا تعتمد فقط على لمس الأنابيب.

الخطوة 4 - التحقق من قطر الأنبوب

تحقق مما إذا كان أنبوب التوزيع الرئيسي يمكنه حمل إجمالي التدفق المطلوب.

الخطوة 5 - حساب انخفاض الضغط

يشمل:

الأنابيب المستقيمة؛

المرفقات؛

الصمامات؛

المصافي؛
الموزعات؛
المبادلات الحرارية؛
التركيبات.

الخطوة 6 - فحص جودة التركيب

ابحث عن:

صمامات مغلقة جزئيًا؛

• مصافي مسدودة؛

• قيود لحام PPR؛

• أنابيب ملتفة؛

• وصلات غير صحيحة؛

• أقفال هوائية.

الخطوة 7 - التحقق من اختيار المضخة

قارن نقطة التشغيل المطلوبة مقابل منحنى المضخة الفعلي.

الخطوة 8 - التحقق من موضع المضخة

تأكد من أن المضخة تخدم الدائرة الهيدروليكية المقصودة.

الخطوة 9 - موازنة النظام

اضبط كل دائرة على تدفق التصميم المطلوب.

الخطوة 10 - إعادة فحص أداء الغرفة

فقط بعد أن يعمل النظام الهيدروليكي بشكل صحيح، يجب تقييم أداء التدفئة الطرفية.

20. جدول تشخيص سريع

عرض

سبب هيدروليكي محتمل

ما يجب التحقق منه

• 21. مبدأ هندسي مهم: التدفق قبل درجة الحرارة

• تدفق غير كافٍ

• إجمالي تدفق النظام

• Δ د كبير في التزويد/الراجع

• تدفق مياه منخفض

• مقاومة الأنابيب، المضخة

الطابق العلوي بارد

مقاومة فرعية مفرطةالموازنة ورأس المضخةالموزع البعيد لديه تدفق ضعيف

أنبوب طويل/صغير

حجم الأنبوب

المضخة بأقصى سرعة

مقاومة نظام مفرطة

حساب انخفاض الضغط

• بعض الغرف ساخنة، والبعض الآخر بارد

• اختلال توازن هيدروليكي

• تدفق الموزع

• انخفض التدفق فجأة

• انسداد/قيد

مصفاة، صمامات، وصلات PPR

ضوضاء مضخة عالية

سرعة مفرطة

حجم الأنبوب/المضخة

يمتد الأنبوب الطويل إلى فقدان الأداء

• خسائر هيدروليكية + حرارية

• حجم الأنبوب والعزل

• 21. مبدأ هندسي مهم: التدفق قبل درجة الحرارة

• عندما تكون الغرفة باردة، غالبًا ما يكون زيادة درجة حرارة الماء الخارج من مضخة الحرارة هو رد الفعل الأول.

ولكن إذا كانت المشكلة الحقيقية هي التدفق غير الكافي، فإن هذا النهج لا يعالج السبب الجذري.

تسلسل استكشاف الأخطاء وإصلاحها أفضل هو:

طلب التدفئة

↓

خرج الحرارة المطلوب

• ↓

• تدفق المياه المطلوب

• ↓

• قطر الأنبوب

• ↓

• انخفاض ضغط النظام

• ↓

نقطة تشغيل المضخة

↓

• الموازنة الهيدروليكية

• ↓

• خرج الحرارة الطرفي

• فقط بعد التحقق من هذه المعلمات، يجب أن نفكر في زيادة درجة حرارة الماء.

• 22. لماذا يحسن التدفق الصحيح أيضًا كفاءة مضخة الحرارة

• يؤثر التصميم الهيدروليكي على أكثر من مجرد الراحة.

كما أنه يؤثر على أداء مضخة الحرارة.

يمكن أن يساهم التدفق غير الكافي في:

درجة حرارة ماء خارج غير مستقرة؛

Δ د مفرط؛

انخفاض انتقال الحرارة؛

دورات متكررة؛

حماية الضغط العالي في ظل بعض الظروف؛

استعادة إزالة الجليد ضعيفة؛

انخفاض الكفاءة الموسمية.

الجزء 2 - الهواء المحبوس في أنابيب تدفئة الأرضية

الجزء 3 - تصميم وتخطيط الأنابيب السيئ

الجزء 4 - مساحة تبديد الحرارة الفعالة غير الكافية

الجزء 5 - تدفق مياه النظام غير الكافي

ستستمر المقالات العملية الأخرى في فحص مضخات الحرارة من الهواء إلى الماء، وتدفئة الأرضية، ووحدات الملفات المروحية، وتصميم الأنظمة الهيدروليكية من منظور هندسي حقيقي.