Jak działa wodna pompa ciepła: 13 ważnych wskazówek!

by

[niestandardowy_recenzent]

Wodna pompa ciepła (WSHP) zasilana jest wodą, która ma dość stabilną temperaturę. Ogrzewa lub chłodzi przestrzeń, wymieniając ciepło ze zbiornikiem wody: w tym procesie można wykorzystać jeziora, studnie i wieże chłodnicze. Działa w oparciu o tak zwany cykl sprężania pary: 1) Czynnik chłodniczy absorbuje lub odrzuca ciepło z wody w parowniku lub skraplaczu. 2) Sprężarka utrzymuje cyrkulację i zmienia temperaturę czynnika chłodniczego na wyższą w celu ogrzewania lub niższą w celu chłodzenia. 3) Wymiana ciepła odbywa się w zamkniętej pętli, która utrzymuje wydajność dzięki stałej temperaturze wody (COP waha się od 3 do 5).

Omówmy szczegółowo sposób działania wodnej pompy ciepła, jej instalację i wymagania.

Przegląd działania systemu wodnej pompy ciepła

System pompy ciepła ze źródłem wody działa w jednym z dwóch trybów:

  • Tryb ogrzewania – Pobiera energię z rur uziemiających, aby ogrzać dom.
  • Tryb chłodzenia – Zrzuca niepożądane ciepło do rur uziemiających, aby ochłodzić dom.

Składniki obejmują:

  • Zespół pompy ciepła – Przesyła energię pomiędzy domem a siecią wodociągową. Utrzymuje sprężarkę, wężownicę parownika, zawór rozprężny i wężownicę skraplacza.
  • Pętla uziemienia – Pętla rury transportująca płynącą ciecz w pobliżu stałej temperatury Ziemi.
  • System dystrybucji – kanały i centrale wentylacyjne dostarczają klimatyzowane powietrze w całym pomieszczeniu budynek.
Jak działa wodna pompa ciepła

Kredyty Image: firmy, technologia, produkt by usługi oszukiwania lasów jest licencjonowany na podstawie (CC 0 1.0)

Tryb grzewczy

  1. Ciecz w pętli uziemiającej przepływa w stałej temperaturze (45°F do 75°F), w zależności od klimatu i głębokości.
  2. Ciecz ta przechodzi przez wyparka wężownicę wewnątrz urządzenia, gdzie pochłania ona energię z czynnika chłodniczego.
  3. Czynnik chłodniczy wewnątrz wężownicy przekształca się z cieczy w gaz po odparowaniu pod niskim ciśnieniem w wyniku absorpcji energii.
  4. Sprężarka spręża ten gaz o niskim ciśnieniu, wytrącony z powrotem do temperatury poniżej zera, około 100°F.
  5. Gorący gaz przechodzi przez wężownicę skraplacza wewnątrz urządzenia, gdzie oddaje energię do systemu dystrybucyjnego.
  6. Wentylatory i kanały rozprowadzają ciepłe powietrze w celu ogrzania budynku.
  7. Ochłodzony czynnik chłodniczy ponownie zmienia się w ciecz, powtarzając cykl.

Tryb chłodzenia

  1. Ciepłe powietrze z budynku przepływa przez wężownicę parownika wewnątrz urządzenia.
  2. Czynnik chłodniczy wewnątrz wężownicy przekształca się z cieczy pod niskim ciśnieniem w gaz o temperaturze poniżej zera, pochłaniając energię z powietrza.
  3. Sprężarka zwiększa ciśnienie tego niskotemperaturowego gazu z powrotem do poziomu powyżej poziomu wrzenia, około 100°F (lub wyższej, jeśli to konieczne).
  4. Gorący gaz przepływa następnie przez wężownicę skraplacza wewnątrz urządzenia, gdzie oddaje ciepło do cieczy w pętli uziemiającej o stałej temperaturze (45°F do 75°F).
  5. Wentylatory i kanały rozprowadzają chłodne powietrze po całym budynku.

Konfiguracje pętli wodnej

Źródło wody Pompa ciepła Pętla wodna

Podobnie jak w przypadku systemów ze źródłami gruntowymi, istnieją dwie odmiany pętli wodnej, z których każda ma inne względy konstrukcyjne i wydajnościowe:

Otwarta pętla

Systemy z obiegiem otwartym pompują wodę bezpośrednio z podziemnej warstwy wodonośnej lub zbiornika wód powierzchniowych, takiego jak rzeka lub staw. Typowe źródła obejmują:

  • Studnie (głębokość 150′-400′)
  • Lakes
  • Stawy
  • Rzeki

Obawy projektowe obejmują:

  • Minimalne natężenie przepływu wody 3-4 galony na minutę na tonę wydajności chłodniczej
  • Testy na korozję, bakterie i cząstki stałe w celu zapewnienia jakości wody
  • Rura stalowa lub miedziana przystosowana do stałego narażenia na płynącą wodę
  • Pozwolenia środowiskowe na pobór i odprowadzanie wody (ładowanie)

Wspieranie dostaw publicznych jest zazwyczaj nielegalne ze względu na potencjalne ryzyko zanieczyszczenia stwarzanego przez wymienniki ciepła w przypadku wycieków lub awarii elementów systemu po stronie wodnej.

Pętla zamknięta

Konfiguracje z zamkniętą pętlą obejmują rozwiązanie z recyrkulacją. Konfiguracje te wykorzystują zakopane rury polietylenowe i pozwalają uniknąć problemów środowiskowych. Oto niektóre czynniki wpływające na ten projekt:

  • Minimalna grubość rury PE wynosi 0.335″ dla 100 psi.
  • Mają długość pola pętli około 100′-150′ na tonę wydajności chłodniczej.
  • Osiem stóp to minimalna głębokość zakopania, aby zapobiec zamarznięciu.
  • Użyj środka przeciw zamarzaniu na bazie glikolu propylenowego (dopuszczonego do kontaktu z żywnością).
  • Łączenie rur metodą zgrzewania jest idealne, ponieważ minimalizuje wycieki.

W przypadku stosowania zamkniętych pętli potrzebnych będzie więcej materiału na rurociągi. Lepiej jednak kontrolują jakość i dostępność wody. W optymalnych warunkach gruntowych sprawność cieplna może osiągnąć 22 EER. Instalacja jest jednak bardziej intensywna ze względu na duże pętle rurowe.

Teraz, gdy omówiliśmy działanie systemów pomp ciepła ze źródłem wody, omówmy każdy element jeden po drugim wraz z rozważaniami dotyczącymi ich instalacji.

Szczegóły jednostki pompy ciepła i wskazówki dotyczące instalacji

Jednostka pompy ciepła

Cztery kluczowe elementy pompy ciepła, które umożliwiają przenoszenie ciepła między domem a siecią wodociągową, są następujące:

Kompresor

Sprężarka spręża i pompuje czynnik chłodniczy przez układ, dzięki czemu może on efektywnie przekazywać ciepło. Przy wyborze urządzenia należy dokładnie rozważyć jego wydajność sprężarki mierzoną w EER (współczynnik efektywności energetycznej).

Wskazówki dotyczące instalacji:

  • Upewnij się, że płyta betonowa, na której stoi urządzenie, jest idealnie wypoziomowana, aby zapewnić cichą pracę.
  • Wokół urządzenia nie powinny znajdować się żadne wysokie rośliny ani inne przedmioty utrudniające przepływ powietrza.
  • Sprawdź pobór prądu, aby upewnić się, że zasilanie elektryczne jest wystarczające.
  • Prawidłowo podłącz przewody czynnika chłodniczego zgodnie ze specyfikacjami producenta.

Cewka parownika

Wężownica ta umożliwia odparowanie ciekłego czynnika chłodniczego, jednocześnie pobierając ciepło z linii wodnej. Cewki miedzioniklowe lub ze stali nierdzewnej o większych średnicach efektywniej przenoszą ciepło.

Cewka skraplacza

W trybie ogrzewania wężownica ta uwalnia ciepło ze sprężonego gazowego czynnika chłodniczego do domowego przewodu dystrybucyjnego. Wydajność wymiany ciepła poprawia się dzięki wysokiej wydajności odstępom między rurami 7 mm lub 5 mm.

Zawór rozprężny

Ten element powoduje zrzucenie ciekłego czynnika chłodniczego pod wysokim ciśnieniem do cieczy pod niskim ciśnieniem, co umożliwia jego odparowanie i zagotowanie w wężownicy parownika. Należy go odpowiednio skalibrować, zgodnie ze specyfikacjami.

Prawidłowy poziom napełnienia czynnikiem chłodniczym jest również krytyczny dla optymalnej wydajności. Dlatego przed instalacją należy poświęcić trochę czasu na obliczenie wymiarów pomieszczenia i wymaganej ilości czynnika chłodniczego.

Rozważania dotyczące rurociągów z pętlą uziemiającą

Rurociągi pętli uziemiającej transportują wodę tam i z powrotem pomiędzy pętlą podziemną a pompą ciepła. Aby mieć pewność, że będzie działać dobrze, należy odpowiednio dobrać rozmiar rury i zaplanować jej rozmieszczenie.

Rozmiary rur

Jeśli zastosujesz rury o zbyt małych średnicach, nie tylko pogorszy się przenoszenie ciepła, ale także wzrosną koszty eksploatacji. Z drugiej strony, rury ponadgabarytowe kosztują więcej niż to konieczne. Aby określić właściwy rozmiar: Oblicz wymagane szczytowe obciążenie ogrzewania/chłodzenia, korzystając z powierzchni domu, izolacji i danych klimatycznych. Następnie skorzystaj z tabel rozmiarów, aby wybrać rurociąg spełniający wymagania dotyczące natężenia przepływu.

Opcje układu

Stosowane są dwa główne układy pętli uziemienia:

  • Pionowy – Wiele rur w kształcie litery U o długości 150–400 stóp wbitych w ziemię. Wymaga mniejszej powierzchni, ale koszty instalacji są wyższe.  
  • Poziomy – Długie rury zwinięte w rowach wokół posesji. Niższy koszt, ale wymaga większej dostępnej powierzchni.

Zapoznaj się z lokalnymi przepisami budowlanymi, aby uzyskać informacje na temat pozwoleń i przepisów dotyczących systemu wymiany geograficznej obowiązujących w Twojej gminie. W niektórych obszarach istnieją zachęty do instalacji.

Materiał rurowy

Rury z polietylenu są standardem, ponieważ są odporne na korozję, elastyczne i można je łączyć w celu uzyskania szczelnych połączeń. Do wszystkich zastosowań z pętlą uziemiającą należy stosować sprawdzone ciśnieniowo i uszczelnione rurociągi posiadające certyfikat zgodności z normami ASTM F876/F877.

Roztwór przeciw zamarzaniu

Na bazie glikolu propylenowego roztwór przeciw zamarzaniu w rurociągach zapobiega zamarzaniu i zapewnia pewną odporność na korozję. Oblicz dokładny współczynnik rozcieńczenia w oparciu o wymagane właściwości termiczne i najniższe oczekiwane temperatury dla Twojego klimatu. Jeśli to możliwe, używaj ponownie płynów.

Wymagania dotyczące systemu dystrybucji

Ogrzane lub schłodzone powietrze przepływa z pompy ciepła przez budynek i należy je dostarczyć tam, gdzie jest potrzebne.

Jednostka uzdatniania powietrza

W przypadku systemów z kanałami wybierz centralę wentylacyjną z napędem silnikowym, która zapewnia odpowiednią ilość przepływu powietrza. Silniki ECM o zmiennej prędkości doskonale nadają się do kontroli wilgotności i efektywności energetycznej. Upewnij się, że założyłeś kanał obejściowy w celu kontroli temperatury.

Kanały

Aby mieć pewność, że we wszystkich pomieszczeniach zapewniony jest zrównoważony przepływ, należy dokonać dokładnych obliczeń przy doborze kanałów. Ustaw linie miejskie większe niż myślisz, że będziesz potrzebować, aby w razie potrzeby było miejsce na ich późniejszą rozbudowę. Aby utrzymać niskie straty, nałóż masę uszczelniającą na każde złącze i owiń wszystko izolacją. Strategicznie rozmieść przepustnice i rejestry zgodnie z potrzebami każdego pomieszczenia.

Sterowniki

Po zainstalowaniu inteligentnych elementów sterujących możesz monitorować wydajność systemu i ustawiać niestandardowy harmonogram za pomocą telefonu lub komputera. Wystarczy dokładnie sprawdzić, czy napięcie sterujące odpowiada wymaganiom pompy ciepła. Panele sterowania strefowego umożliwiają użytkownikom kontrolę temperatury w maksymalnie 4 różnych pomieszczeniach jednocześnie.

Referencje: