Δεξαμενή διαστολής έναντι Δεξαμενής αποθήκευσης έναντι Δεξαμενής Θερμικής Αποθήκευσης: Μέρος 2 – Γιατί είναι σημαντική η ρυθμιστική δεξαμενή σε ένα σύστημα αντλίας θερμότητας;

Εισαγωγή: Κάθε αντλία θερμότητας αέρα-νερού χρειάζεται μια δεξαμενή αποθήκευσης;

Κατά το σχεδιασμό ενός συστήματος αντλίας θερμότητας αέρα-νερού, οι μηχανικοί και οι εγκαταστάτες συναντούν συχνά τρία εξαρτήματα: τη δεξαμενή διαστολής, τη δεξαμενή προσωρινής αποθήκευσης και τη δεξαμενή θερμικής αποθήκευσης.

Παρόλο που αυτά τα εξαρτήματα εγκαθίστανται συνήθως σε συστήματα θέρμανσης και ψύξης υδραυλικών συστημάτων, οι λειτουργίες τους είναι ριζικά διαφορετικές.

Στο Μέρος 1 αυτής της σειράς, εξηγήσαμε πώς ένα δοχείο διαστολής δέχεται τη θερμική διαστολή του νερού και βοηθά στη διατήρηση σταθερής πίεσης στο σύστημα.

Στο Μέρος 2, θα επικεντρωθούμε στορυθμιστικό δοχείο, ένα από τα πιο χρήσιμα αλλά συχνά παρεξηγημένα εξαρτήματα σε εγκαταστάσεις αντλιών θερμότητας.

Μια κοινή ερώτηση από πελάτες και εγκαταστάτες είναι:

"Είναι πραγματικά απαραίτητη μια ρυθμιστική δεξαμενή για μια αντλία θερμότητας αέρα-νερού;"

Η απάντηση εξαρτάται από τον υδραυλικό σχεδιασμό, τον ελάχιστο όγκο νερού του συστήματος, το εύρος διαμόρφωσης της αντλίας θερμότητας, τη στρατηγική ελέγχου και τις συνθήκες λειτουργίας.

Ορισμένες σύγχρονες αντλίες θερμότητας inverter μπορούν να λειτουργήσουν αποτελεσματικά χωρίς εξωτερική δεξαμενή προσωρινής αποθήκευσης όταν το σύστημα έχει επαρκή όγκο νερού και σταθερή κυκλοφορία.

Ωστόσο, σε πολλές εγκαταστάσεις, ιδιαίτερα σε εκείνες με πολλαπλές ζώνες θέρμανσης, θερμοστατικές βαλβίδες, χαμηλό όγκο νερού ή απαιτητικές συνθήκες απόψυξης, μια δεξαμενή αποθήκευσης κατάλληλου μεγέθους μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την αξιοπιστία του συστήματος και τη σταθερότητα λειτουργίας.

Ας εξετάσουμε πώς λειτουργεί.

1. Τι είναι μια ρυθμιστική δεξαμενή σε ένα σύστημα αντλίας θερμότητας;

Η δεξαμενή απομόνωσης είναι ένα μονωμένο δοχείο νερού που είναι εγκατεστημένο σε ένα υδρονικό σύστημα θέρμανσης ή ψύξης για να παρέχει πρόσθετο όγκο νερού και θερμική αποθήκευση.

Ο κύριος σκοπός του είναι να σταθεροποιεί τη λειτουργία του συστήματος μειώνοντας τις γρήγορες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας και, όπου απαιτείται, παρέχοντας υδραυλικό διαχωρισμό μεταξύ της αντλίας θερμότητας και των κυκλωμάτων διανομής.

Σε αντίθεση με μια δεξαμενή αποθήκευσης ζεστού νερού οικιακής χρήσης, μια δεξαμενή προσωρινής αποθήκευσης θέρμανσης περιέχει συνήθως το ίδιο νερό θέρμανσης κλειστού βρόχου που κυκλοφορεί μέσω της αντλίας θερμότητας και του συστήματος θέρμανσης.

Δεν αποθηκεύει απαραίτητα πόσιμο ζεστό νερό.

Μια δεξαμενή αποθήκευσης μπορεί να εκτελέσει πολλές σημαντικές λειτουργίες:

• Αυξήστε τον αποτελεσματικό όγκο νερού του συστήματος θέρμανσης.

• Μειώστε την υπερβολική εκκίνηση-διακοπή του συμπιεστή.

• Παρέχετε θερμική ενέργεια κατά τη διάρκεια των κύκλων απόψυξης της αντλίας θερμότητας.

• Υποστηρίξτε σταθερή κυκλοφορία και απαιτήσεις ελάχιστης ροής.

• Παρέχετε υδραυλικό διαχωρισμό όταν είναι σωστά συνδεδεμένο.

• Βελτίωση της δυνατότητας ελέγχου των συστημάτων με πολλαπλές ζώνες θέρμανσης.

Ωστόσο, δεν εκτελεί όλες αυτές οι λειτουργίες εξίσου όλες οι δεξαμενές απομόνωσης.

Η πραγματική του απόδοση εξαρτάται από τη χωρητικότητα της δεξαμενής, τη διάταξη σύνδεσης, τους ρυθμούς ροής, τη μόνωση και τη στρατηγική ελέγχου.

Αυτή η διάκριση είναι απαραίτητη για τον σωστό μηχανικό σχεδιασμό.

2. Λειτουργία 1: Αποτροπή συχνών κυκλωμάτων εκκίνησης-διακοπής συμπιεστή

Μία από τις πιο σημαντικές λειτουργίες μιας δεξαμενής προσωρινής αποθήκευσης είναι η μείωση του βραχυκυκλώματος του συμπιεστή.

2.1 Τι είναι η αντλία θερμότητας με βραχυκύκλωμα;

Η σύντομη ανακύκλωση συμβαίνει όταν μια αντλία θερμότητας επανειλημμένα ξεκινά και σταματά μετά από λειτουργία για σχετικά σύντομες περιόδους.

Για παράδειγμα, φανταστείτε μια αντλία θερμότητας εγκατεστημένη σε ένα μικρό σύστημα θέρμανσης κατοικιών.

Το σύστημα έχει περιορισμένο όγκο νερού κυκλοφορίας και η ζήτηση θέρμανσης του κτιρίου είναι σχετικά χαμηλή.

Όταν ξεκινά ο συμπιεστής, η θερμοκρασία του νερού φτάνει γρήγορα το επιθυμητό σημείο ρύθμισης.

Η αντλία θερμότητας σταματά στη συνέχεια.

Λίγο αργότερα, η θερμοκρασία του νερού πέφτει κάτω από το όριο επανεκκίνησης, με αποτέλεσμα ο συμπιεστής να ξεκινήσει ξανά.

Αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται όλη την ημέρα.

Η συχνή ποδηλασία μπορεί να προκαλέσει:

• Αυξημένη φθορά συμπιεστή και ηλεκτρικών εξαρτημάτων.

• Πρόσθετη ηλεκτρική και μηχανική καταπόνηση που σχετίζεται με την εκκίνηση.

• Μειωμένη απόδοση λειτουργίας υπό ορισμένες συνθήκες.

• Ασταθής θερμοκρασίες νερού παροχής.

• Λιγότερο προβλέψιμη άνεση εσωτερικού χώρου.

• Αυξημένες απαιτήσεις συντήρησης.

Οι σύγχρονες αντλίες θερμότητας με μετατροπέα μπορούν να ρυθμίζουν την ταχύτητα του συμπιεστή για να ανταποκρίνονται στη ζήτηση θέρμανσης, αλλά εξακολουθούν να έχουν μια ελάχιστη ικανότητα θέρμανσης.

Εάν η ζήτηση θέρμανσης του κτιρίου πέσει κάτω από αυτή την ελάχιστη χωρητικότητα, μπορεί να συνεχιστεί η ποδηλασία.

2.2 Πώς μια δεξαμενή αποθήκευσης μειώνει τη σύντομη ποδηλασία;

Μια ρυθμιστική δεξαμενή αυξάνει την ποσότητα του διαθέσιμου νερού για την απορρόφηση της περίσσειας ενέργειας θέρμανσης.

Το νερό έχει σχετικά υψηλή ειδική θερμική ικανότητα, που σημαίνει ότι μπορεί να απορροφήσει σημαντική θερμική ενέργεια με μια σχετικά μικρή αλλαγή θερμοκρασίας.

Η σχέση είναι:

Q = m × c × ΔT

Οπου:

• Q = θερμική ενέργεια (kJ)

• m = μάζα νερού (kg)

• c = ειδική θερμοχωρητικότητα νερού, περίπου 4,186 kJ/(kg·K)

• ΔT = διαφορά θερμοκρασίας (°C ή K)

Για πρακτικούς υπολογισμούς:

Αποθηκευμένη θερμική ενέργεια (kWh) ≈ Όγκος νερού (L) × 1.163 × ΔT (°C) / 1.000

Για παράδειγμα, σκεφτείτε μια δεξαμενή ρυθμιστή 200 λίτρων που λειτουργεί σε μια χρησιμοποιήσιμη διαφορά θερμοκρασίας 5°C.

Αποθηκευμένη θερμική ενέργεια:

200 × 1,163 × 5 / 1.000 =1,16 kWh

Αυτή η πρόσθετη θερμική ικανότητα επιβραδύνει τον ρυθμό μεταβολής της θερμοκρασίας του νερού.

Ως αποτέλεσμα, η αντλία θερμότητας μπορεί να λειτουργήσει για μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα πριν φτάσει στη θερμοκρασία απενεργοποίησης.

Η ακριβής βελτίωση εξαρτάται από την ελάχιστη απόδοση της αντλίας θερμότητας και την πραγματική ζήτηση θέρμανσης του κτιρίου.

2.3 Ένα πρακτικό παράδειγμα

Σκεφτείτε μια αντλία θερμότητας με:

• Ελάχιστη ισχύς θέρμανσης: 5 kW

• Τρέχουσα ζήτηση θέρμανσης κτιρίου: 2 kW

• Υπερβολική ισχύς θέρμανσης: 3 kW

• Διαφορική θερμοκρασία νερού χρήσης: 5°C

Χωρίς επαρκή όγκο νερού συστήματος, η περίσσεια 3 kW αυξάνει γρήγορα τη θερμοκρασία του νερού.

Εάν το σύστημα έχει μόνο 50 λίτρα αποτελεσματικά ενεργού νερού, η θεωρητική περίοδος θέρμανσης που σχετίζεται με αύξηση θερμοκρασίας 5°C είναι περίπου:

50 × 1,163 × 5 / (1.000 × 3) × 60

=5,8 λεπτά

Εάν ο αποτελεσματικά ενεργός όγκος νερού αυξηθεί στα 200 λίτρα:

200 × 1,163 × 5 / (1.000 × 3) × 60

=23,3 λεπτά

Αυτό το απλουστευμένο παράδειγμα δείχνει γιατί ο επιπλέον όγκος νερού μπορεί να μειώσει τη συχνότητα ανακύκλωσης.

Ο πραγματικός χρόνος λειτουργίας θα εξαρτηθεί από τους αισθητήρες θερμοκρασίας, την υστέρηση ελέγχου, την ανάμειξη νερού, τη λειτουργία της αντλίας και την αλλαγή των φορτίων θέρμανσης.

2.4 Εξοικονομεί πάντα ηλεκτρική ενέργεια μια δεξαμενή αποθήκευσης;

Όχι απαραίτητα.

Μια σωστά σχεδιασμένη δεξαμενή απομόνωσης μπορεί να μειώσει την αναποτελεσματική ποδηλασία και να βελτιώσει τη λειτουργική σταθερότητα.

Ωστόσο, μια δεξαμενή μεγάλου μεγέθους ή κακής μόνωσης μπορεί να προκαλέσει πρόσθετες απώλειες θερμότητας σε κατάσταση αναμονής.

Μια διαμόρφωση τεσσάρων σωλήνων μπορεί επίσης να προκαλέσει ανεπιθύμητη ανάμειξη νερού, αυξάνοντας ενδεχομένως την απαιτούμενη θερμοκρασία τροφοδοσίας της αντλίας θερμότητας.

Επομένως, ο στόχος δεν πρέπει να είναι η εγκατάσταση της μεγαλύτερης δυνατής δεξαμενής προστασίας.

Ο σωστός στόχος είναι η παροχή επαρκούς όγκου νερού και υδραυλικής σταθερότητας χωρίς την εισαγωγή περιττών θερμικών απωλειών.

3. Λειτουργία δεύτερη: Υποστήριξη λειτουργίας απόψυξης αντλίας θερμότητας

Η λειτουργία απόψυξης είναι ιδιαίτερα σημαντική για αντλίες θερμότητας με πηγή αέρα που λειτουργούν σε ψυχρά και υγρά κλίματα.

3.1 Γιατί οι αντλίες θερμότητας πηγών αέρα χρειάζονται απόψυξη;

Κατά τη λειτουργία θέρμανσης, ο εξωτερικός εναλλάκτης θερμότητας απορροφά ενέργεια από τον περιβάλλοντα αέρα.

Η θερμοκρασία της επιφάνειάς του μπορεί να πέσει κάτω από 0°C ακόμα και όταν η θερμοκρασία του εξωτερικού αέρα είναι πάνω από το μηδέν.

Όταν υπάρχει επαρκής υγρασία, συσσωρεύεται παγετός στον εξωτερικό εναλλάκτη θερμότητας.

Ο παγετός περιορίζει τη ροή του αέρα και μειώνει τη μεταφορά θερμότητας.

Για να αποκατασταθεί η απόδοση, η αντλία θερμότητας ξεκινά περιοδικά έναν κύκλο απόψυξης.

Πολλές αναστρέψιμες αντλίες θερμότητας αέρα-νερού χρησιμοποιούν απόψυξη αντίστροφου κύκλου.

Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, το κύκλωμα ψύξης αντιστρέφεται προσωρινά, κατευθύνοντας τη θερμότητα προς το εξωτερικό πηνίο για να λιώσει ο συσσωρευμένος παγετός.

Η ενέργεια που απαιτείται για την απόψυξη αντλείται εν μέρει από το κύκλωμα νερού και, ανάλογα με τη σχεδίαση του εξοπλισμού, μπορεί να συμπληρωθεί με βοηθητική θέρμανση.

3.2 Τι συμβαίνει όταν ο όγκος νερού του συστήματος είναι πολύ μικρός;

Εάν το κύκλωμα νερού περιέχει ανεπαρκή θερμική ενέργεια, η θερμοκρασία του νερού μπορεί να πέσει γρήγορα κατά την απόψυξη.

Οι πιθανές συνέπειες περιλαμβάνουν:

• Μεγαλύτεροι ή διακοπτόμενοι κύκλοι απόψυξης.

• Υπερβολική μείωση της θερμοκρασίας του νερού.

• Προσωρινές μειώσεις στην απόδοση θέρμανσης εσωτερικών χώρων.

• Συναγερμοί προστασίας χαμηλής θερμοκρασίας νερού.

• Αυξημένη εξάρτηση από εφεδρικούς ηλεκτρικούς θερμαντήρες.

Σε σοβαρές περιπτώσεις, ο ανεπαρκής όγκος ή η ροή νερού μπορεί να εμποδίσει τη μονάδα να ολοκληρώσει αξιόπιστα τη σειρά απόψυξης.

3.3 Πώς βοηθά ένα Buffer Tank;

Μια δεξαμενή απομόνωσης παρέχει ένα επιπλέον απόθεμα θερμικής ενέργειας.

Κατά τη διάρκεια της απόψυξης, αυτή η αποθηκευμένη ενέργεια μπορεί να βοηθήσει στη διατήρηση μιας κατάλληλης θερμοκρασίας νερού, ενώ η αντλία θερμότητας αφαιρεί τον πάγο από το εξωτερικό πηνίο.

Για παράδειγμα, ένας όγκος 150 λίτρων νερού ψύξης από 35°C έως 30°C απελευθερώνει περίπου:

150 × 1,163 × 5 / 1.000

=0,87 kWh

Αυτή η αποθηκευμένη ενέργεια μπορεί να βοηθήσει στη στήριξη της διαδικασίας απόψυξης.

Ωστόσο, ο απαιτούμενος όγκος εξαρτάται από τις ενεργειακές απαιτήσεις απόψυξης του κατασκευαστή, την ελάχιστη θερμοκρασία νερού και το σχεδιασμό του συστήματος.

Ένα buffer tank δεν εγγυάται αυτόματα ταχύτερη απόψυξη.

Παρέχει θερμική υποστήριξη που μπορεί να βοηθήσει στη διατήρηση της σταθερής λειτουργίας όταν έχει το σωστό μέγεθος και είναι υδραυλικά συνδεδεμένο.

3.4 Γιατί είναι αυτό σημαντικό σε ψυχρά κλίματα;

Οι απαιτήσεις απόψυξης μπορεί να γίνουν ιδιαίτερα σημαντικές σε συνθήκες υγρασίας κοντά στο πάγωμα.

Για παράδειγμα, οι εξωτερικές θερμοκρασίες γύρω από -3°C έως +5°C μπορεί να δημιουργήσουν ευνοϊκές συνθήκες για σχηματισμό παγετού, ανάλογα με την υγρασία, τη ροή αέρα και τη θερμοκρασία του εναλλάκτη θερμότητας.

Σε αυτές τις συνθήκες, ο ανεπαρκής όγκος νερού του συστήματος μπορεί να οδηγήσει σε αισθητές διακυμάνσεις της εσωτερικής θερμοκρασίας.

Μια σωστά σχεδιασμένη δεξαμενή αποθήκευσης μπορεί να βοηθήσει στη μείωση αυτών των διακυμάνσεων και να υποστηρίξει πιο σταθερή απόδοση θέρμανσης.

Μηχανική σύσταση:Ελέγχετε πάντα τις ελάχιστες απαιτήσεις όγκου νερού και απόψυξης του κατασκευαστή της αντλίας θερμότητας πριν αποφασίσετε εάν είναι απαραίτητη μια ρυθμιστική δεξαμενή.

4. Λειτουργία Τρίτη: Διατήρηση σταθερής ροής νερού και παροχή υδραυλικού διαχωρισμού

Μια αντλία θερμότητας απαιτεί επαρκή ρυθμό ροής νερού για τη μεταφορά ενέργειας θέρμανσης ή ψύξης με ασφάλεια και αποτελεσματικότητα.

Η ανεπαρκής ροή νερού μπορεί να προκαλέσει:

• Προστασία υψηλής πίεσης κατά τη θέρμανση.

• Συναγερμοί χαμηλής θερμοκρασίας ή προστασίας από παγετό κατά την ψύξη.

• Υπερβολικές διαφορές θερμοκρασίας εναλλάκτη θερμότητας.

• Συναγερμοί διακόπτη ροής.

• Ασταθής λειτουργία συμπιεστή.

4.1 Γιατί η ροή του νερού γίνεται ασταθής;

Εξετάστε ένα σύστημα ενδοδαπέδιας θέρμανσης κατοικιών με πολλά δωμάτια.

Κάθε δωμάτιο διαθέτει θερμοστάτη που ελέγχει το κύκλωμα θέρμανσης.

Όταν οι θερμοκρασίες δωματίου φτάσουν στο σημείο ρύθμισης τους, οι θερμοστατικοί ενεργοποιητές αρχίζουν να κλείνουν.

Καθώς κλείνουν περισσότερα κυκλώματα, η διαθέσιμη διαδρομή ροής μέσω του συστήματος διανομής θέρμανσης γίνεται μικρότερη.

Εάν η αντλία θερμότητας είναι απευθείας συνδεδεμένη σε αυτά τα κυκλώματα, ο ρυθμός ροής μέσω του εναλλάκτη θερμότητας μπορεί να πέσει κάτω από την ελάχιστη απαίτηση του κατασκευαστή.

Αυτό είναι ιδιαίτερα προβληματικό όταν η αντλία θερμότητας απαιτεί σχετικά υψηλή ελάχιστη παροχή.

4.2 Πώς επιλύει αυτό το πρόβλημα μια δεξαμενή προσωρινής αποθήκευσης;

Μια δεξαμενή απομόνωσης μπορεί να διαμορφωθεί ως υδραυλικός διαχωριστής.

Σε μια τυπική διάταξη τεσσάρων σωλήνων, το σύστημα έχει δύο ξεχωριστά κυκλώματα κυκλοφορίας.

Πρωτεύον κύκλωμα:

Αντλία θερμότητας → Buffer tank → Αντλία θερμότητας

Δευτερεύον κύκλωμα:

Buffer tank → σύστημα διανομής θέρμανσης → buffer tank

Η κύρια αντλία κυκλοφορίας διατηρεί την απαιτούμενη ροή νερού μέσω της αντλίας θερμότητας.

Η δευτερεύουσα αντλία κυκλοφορίας τροφοδοτεί τα κυκλώματα ενδοδαπέδιας θέρμανσης ή καλοριφέρ ανάλογα με τη ζήτηση.

Όταν οι ζώνες θέρμανσης κλείνουν, η δευτερεύουσα ροή μπορεί να μειωθεί χωρίς απαραίτητα να μειώνεται η κύρια ροή μέσω της αντλίας θερμότητας.

Αυτό βοηθά στη διατήρηση της αξιόπιστης λειτουργίας της αντλίας θερμότητας.

4.3 Συνδέσεις δεξαμενής προσωρινής αποθήκευσης δύο σωλήνων έναντι τεσσάρων σωλήνων

Δεν παρέχουν υδραυλικό διαχωρισμό όλες οι εγκαταστάσεις ρεζερβουάρ.

Ένα buffer σειράς δύο σωλήνων μπορεί να είναι μια αποτελεσματική λύση όταν απαιτείται πρόσθετος όγκος νερού αλλά το σύστημα έχει ήδη σταθερή κυκλοφορία.

Ένα buffer τεσσάρων σωλήνων είναι συχνά κατάλληλο για συστήματα με πολλαπλές αντλίες κυκλοφορίας ή ανεξάρτητα ελεγχόμενες ζώνες θέρμανσης.

Ωστόσο, μια διαμόρφωση τεσσάρων σωλήνων μπορεί να προκαλέσει ανάμειξη μεταξύ του νερού παροχής και επιστροφής.

Εάν η κύρια και η δευτερεύουσα παροχή δεν ταιριάζουν καλά, η θερμοκρασία που παρέχεται στα κυκλώματα θέρμανσης μπορεί να διαφέρει από τη θερμοκρασία εξόδου της αντλίας θερμότητας.

Επομένως, ο υδραυλικός διαχωρισμός πρέπει να σχεδιαστεί προσεκτικά.

Σπουδαίος:Μια δεξαμενή απομόνωσης δεν είναι αυτόματα διαχωριστής αέρα. Η αξιόπιστη αφαίρεση αέρα απαιτεί κατάλληλους αεραγωγούς, διαχωριστές αέρα, διατάξεις σωληνώσεων και διαδικασίες θέσης σε λειτουργία.

5. Λειτουργία Τέταρτη: Υποστήριξη Καθαριότητας και Συντήρησης Συστήματος

Ένα άλλο πλεονέκτημα που μερικές φορές συνδέεται με τις δεξαμενές απομόνωσης είναι η ικανότητά τους να παρέχουν μια θέση όπου μπορεί να καθιζάνουν τα αιωρούμενα σωματίδια.

Ωστόσο, αυτή η λειτουργία πρέπει να κατανοηθεί σωστά.

5.1 Από πού προέρχονται οι ακαθαρσίες;

Τα υδρονικά συστήματα μπορεί να περιέχουν ρύπους όπως:

• Συντρίμμια εγκατάστασης.

• Σωματίδια μετάλλων.

• Προϊόντα διάβρωσης.

• Μαγνητίτης από σιδηρούχα συστατικά.

• Υπολείμματα κοπής σωλήνων.

• Κοιτάσματα ορυκτών.

• Η λάσπη που σχηματίζεται κατά τη μακροχρόνια λειτουργία.

Αυτοί οι ρύποι μπορούν να συσσωρευτούν σε αντλίες κυκλοφορίας, βαλβίδες, φίλτρα και εναλλάκτες θερμότητας.

Για τις αντλίες θερμότητας, η μόλυνση είναι ιδιαίτερα ανησυχητική επειδή οι πλακοειδείς εναλλάκτες θερμότητας συχνά περιέχουν σχετικά στενές διόδους ροής.

5.2 Μπορεί μια ρυθμιστική δεξαμενή να αφαιρέσει τη λάσπη;

Σε ορισμένες διαμορφώσεις, μια ρυθμιστική δεξαμενή με χαμηλή εσωτερική ταχύτητα νερού και κατάλληλη διάταξη αποστράγγισης μπορεί να επιτρέψει την καθίζηση βαρύτερων σωματιδίων.

Ωστόσο, μια τυπική δεξαμενή απομόνωσης δεν υποκαθιστά έναν αποκλειστικό διαχωριστή ρύπων ή μαγνητικό φίλτρο.

Η αποτελεσματικότητά του στην απομάκρυνση των ρύπων εξαρτάται από το εσωτερικό μοτίβο ροής, τη γεωμετρία της δεξαμενής, τα χαρακτηριστικά σωματιδίων και τις διαδικασίες συντήρησης.

Για αξιόπιστη προστασία του συστήματος, οι εγκαταστάτες θα πρέπει να λάβουν υπόψη:

• Υ-στρωτήρες όπου καθορίζεται.

• Μαγνητικά διαχωριστικά ρύπων για σιδηρούχα ρύπανση.

• Σωστό ξέπλυμα του συστήματος πριν από τη θέση σε λειτουργία.

• Επεξεργασία νερού κατάλληλη για την τοπική ποιότητα του νερού.

• Τακτικός έλεγχος και καθαρισμός.

Η δεξαμενή απομόνωσης πρέπει να θεωρείται ως ένα συστατικό ενός πλήρους υδραυλικού συστήματος και όχι μια καθολική λύση για τη μόλυνση του νερού.

6. Πώς να υπολογίσετε το σωστό μέγεθος δεξαμενής προσωρινής αποθήκευσης

Μία από τις πιο κοινές ερωτήσεις μηχανικής είναι:

"Πόσα λίτρα πρέπει να έχει μια δεξαμενή ρυθμιστή αντλίας θερμότητας;"

Δεν υπάρχει καθολική απάντηση.

Η σωστή χωρητικότητα εξαρτάται από πολλές μεταβλητές:

1. Ελάχιστη θερμαντική ικανότητα της αντλίας θερμότητας.

2. Ελάχιστος αποδεκτός χρόνος λειτουργίας συμπιεστή.

3. Ελάχιστο φορτίο θέρμανσης κτιρίου κατά τη λειτουργία.

4. Χρησιμοποιήσιμη διαφορά θερμοκρασίας.

5. Υπάρχων ενεργός όγκος νερού συστήματος.

6. Απαιτήσεις ελάχιστου όγκου νερού του κατασκευαστή.

7. Απαιτήσεις ενέργειας απόψυξης.

8. Υδραυλική διάταξη σύνδεσης.

6.1 Βασικός τύπος μεγέθους δεξαμενής προσωρινής αποθήκευσης

Για έναν απλοποιημένο υπολογισμό σύντομου κύκλου:

V = (Pmin − Φόρτωση) × t × 860 / ΔT

Οπου:

• V = απαιτούμενος ενεργός όγκος νερού (λίτρα)

• Pmin = ελάχιστη απόδοση θέρμανσης αντλίας θερμότητας (kW)

• Φορτίο = ζήτηση θέρμανσης κτιρίου κατά την κατάσταση λειτουργίας (kW)

• t = επιθυμητός ελάχιστος χρόνος λειτουργίας συμπιεστή (ώρες)

• ΔT = χρησιμοποιήσιμη διαφορά θερμοκρασίας νερού (°C)

Αυτή η φόρμουλα υποθέτει το νερό ως το κυκλοφορούν υγρό και παραμελεί τις πρόσθετες θερμικές επιδράσεις.

6.2 Παράδειγμα: Προσαρμογή μεγέθους μιας ρυθμιστικής δεξαμενής για μια αντλία θερμότητας 12 kW

Ας υποθέσουμε ότι μια αντλία θερμότητας αέρα-νερού μετατροπέα έχει τις ακόλουθες συνθήκες λειτουργίας:

Λογαριασμός:

V = 2,5 × 0,25 × 860 / 5

V ≈ 108 λίτρα

Επομένως, το σύστημα απαιτεί περίπου 108 λίτρα αποτελεσματικά ενεργού όγκου νερού για αυτήν την απλοποιημένη κατάσταση λειτουργίας.

Εάν το υπάρχον σύστημα παρέχει ήδη 50 λίτρα νερού αξιόπιστης κυκλοφορίας:

Πρόσθετος απαιτούμενος όγκος ≈ 108 − 50

=58 λίτρα

Στη συνέχεια, θα μπορούσε να επιλεγεί μια κατάλληλη εμπορικά διαθέσιμη δεξαμενή απομόνωσης αφού ελεγχθούν οι απαιτήσεις του κατασκευαστή και ο πραγματικός υδραυλικός σχεδιασμός.

Αυτό το παράδειγμα είναι ενδεικτικό και όχι μια καθολική σύσταση μεγέθους.

6.3 Γιατί το μεγαλύτερο δεν είναι πάντα καλύτερο

Μια μεγάλη δεξαμενή αποθήκευσης μπορεί να αυξήσει:

• Αρχικό κόστος εξοπλισμού.

• Απαιτήσεις χώρου εγκατάστασης.

• Απώλειες θερμότητας σε κατάσταση αναμονής.

• Ενέργεια άντλησης σε ορισμένες διαμορφώσεις.

• Χρόνος προθέρμανσης συστήματος.

• Έλεγχος πολυπλοκότητας.

Η ιδανική δεξαμενή δεν είναι απαραίτητα η μεγαλύτερη δεξαμενή.

Είναι η δεξαμενή που πληροί τον ελάχιστο όγκο νερού, τη λειτουργική σταθερότητα και τις υδραυλικές απαιτήσεις του συστήματος με λογικό κόστος και κατανάλωση ενέργειας.

7. Πού πρέπει να εγκατασταθεί μια ενδιάμεση δεξαμενή;

Η εγκατάσταση του ρυθμιστικού δοχείου εξαρτάται από τον προορισμό του.

7.1 Εγκατάσταση σειράς στη γραμμή επιστροφής

Για συστήματα που απαιτούν πρόσθετο όγκο νερού χωρίς υδραυλικό διαχωρισμό, μπορεί να εγκατασταθεί μια δεξαμενή προσωρινής αποθήκευσης στη γραμμή επιστροφής.

Τυπική διάταξη:

Κυκλώματα θέρμανσης → Δεξαμενή προσωρινής αποθήκευσης → Αντλία θερμότητας → Κυκλώματα θέρμανσης

Τα πιθανά πλεονεκτήματα περιλαμβάνουν:

• Αυξημένος όγκος νερού.

• Σχετικά απλός υδραυλικός σχεδιασμός.

• Μειωμένος κίνδυνος αραίωσης τροφοδοσίας-θερμοκρασίας σε σύγκριση με ορισμένες ρυθμίσεις τεσσάρων σωλήνων.

• Συμβατότητα με σύστημα μονής αντλίας όπου διατηρείται επαρκής ροή.

Ωστόσο, μια δεξαμενή προσωρινής αποθήκευσης από μόνη της δεν επιλύει προβλήματα που προκαλούνται από το κλείσιμο όλων των ζωνών θέρμανσης.

Το σύστημα πρέπει να διατηρεί την απαιτούμενη ελάχιστη ροή του κατασκευαστή.

7.2 Εγκατάσταση τεσσάρων σωλήνων buffer Tank

Μια δεξαμενή απομόνωσης τεσσάρων σωλήνων χρησιμοποιείται συχνά όταν τα πρωτεύοντα και δευτερεύοντα κυκλώματα χρειάζονται ανεξάρτητη κυκλοφορία.

Τυπική διάταξη:

Πρωτεύον κύκλωμα:Αντλία θερμότητας ↔ Buffer tank

Δευτερεύον κύκλωμα:Buffer tank ↔ Διανομή θέρμανσης

Αυτή η διαμόρφωση μπορεί να είναι χρήσιμη για:

• Πολυζωνική ενδοδαπέδια θέρμανση.

• Συστήματα που συνδυάζουν καλοριφέρ και ενδοδαπέδια θέρμανση.

• Εγκαταστάσεις με πολλές αντλίες κυκλοφορίας.

• Συστήματα που απαιτούν υδραυλικό διαχωρισμό.

Ωστόσο, πρέπει να ληφθούν υπόψη πρόσθετες απώλειες ανάμειξης και αλληλεπιδράσεις ελέγχου.

7.3 Πρέπει το Buffer Tank να είναι εγκατεστημένο στην πλευρά τροφοδοσίας ή επιστροφής;

Δεν υπάρχει ενιαία θέση εγκατάστασης κατάλληλη για κάθε σύστημα αντλίας θερμότητας.

Η σωστή διάταξη εξαρτάται από:

• Υδραυλικό σχήμα του κατασκευαστή.

• Απαιτήσεις ενέργειας απόψυξης.

• Τοποθεσίες αισθητήρων.

• Διαμόρφωση αντλίας.

• Τρόποι λειτουργίας θέρμανσης και ψύξης.

• Απαιτούμενος υδραυλικός διαχωρισμός.

Να δίνετε πάντα προτεραιότητα στα εγκεκριμένα διαγράμματα εγκατάστασης του κατασκευαστή του εξοπλισμού.

8. Συνήθη λάθη εγκατάστασης δεξαμενής προσωρινής αποθήκευσης

Ακόμη και μια δεξαμενή αποθήκευσης με σωστό μέγεθος μπορεί να έχει κακή απόδοση εάν εγκατασταθεί λανθασμένα.

Λάθος 1: Επιλογή της δεξαμενής με βάση μόνο την ονομαστική χωρητικότητα της αντλίας θερμότητας

Μια κοινή συντόμευση είναι η επιλογή ενός σταθερού αριθμού λίτρων ανά κιλοβάτ ονομαστικής χωρητικότητας θέρμανσης.

Αν και τέτοιοι κανόνες μπορούν να παρέχουν προκαταρκτικές εκτιμήσεις, δεν λαμβάνουν υπόψη τη διαμόρφωση του μετατροπέα, τον υπάρχοντα όγκο νερού ή τις ελάχιστες απαιτήσεις χρόνου λειτουργίας.

Καλύτερη προσέγγιση:Χρησιμοποιήστε τις προδιαγραφές του κατασκευαστή και τις πραγματικές συνθήκες λειτουργίας.

Λάθος 2: Υποθέτοντας ότι κάθε Buffer Tank παρέχει υδραυλικό διαχωρισμό

Μια δεξαμενή απομόνωσης δύο σωλήνων εγκατεστημένη σε σειρά αυξάνει τον όγκο του νερού αλλά δεν ελέγχει ανεξάρτητα τους ρυθμούς πρωτογενούς και δευτερεύουσας ροής.

Καλύτερη προσέγγιση:Επιλέξτε την υδραυλική διαμόρφωση σύμφωνα με τις πραγματικές απαιτήσεις κυκλοφορίας.

Λάθος 3: Αγνοώντας τη μόνωση της δεξαμενής

Η κακή μόνωση μπορεί να αυξήσει τις απώλειες θερμότητας σε κατάσταση αναμονής κατά τη λειτουργία θέρμανσης και να προκαλέσει ανεπιθύμητο κέρδος θερμότητας ή συμπύκνωση κατά τη λειτουργία ψύξης.

Καλύτερη προσέγγιση:Επιλέξτε μόνωση κατάλληλη τόσο για συνθήκες θέρμανσης όσο και για συνθήκες ψύξης, συμπεριλαμβανομένης της κατάλληλης στεγανοποίησης ατμού όπου απαιτείται.

Λάθος 4: Λανθασμένη τοποθέτηση αισθητήρα θερμοκρασίας

Εάν ο αισθητήρας θερμοκρασίας δεν αντιπροσωπεύει την προβλεπόμενη ελεγχόμενη θερμοκρασία νερού, η αντλία θερμότητας μπορεί να ξεκινήσει ή να σταματήσει σε ακατάλληλους χρόνους.

Καλύτερη προσέγγιση:Ακολουθήστε τις οδηγίες τοποθέτησης και ελέγχου του αισθητήρα του κατασκευαστή.

Λάθος 5: Μεγέθυνση της δεξαμενής χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η στρατηγική ελέγχου

Μια μεγαλύτερη δεξαμενή δεν είναι πάντα πιο αποτελεσματική.

Μπορεί να αυξήσει τις απώλειες θερμότητας και να μειώσει την απόκριση του συστήματος.

Καλύτερη προσέγγιση:Ισορροπήστε τον όγκο νερού, τον ελάχιστο χρόνο λειτουργίας, τον έλεγχο της υστέρησης και τις απώλειες θερμότητας του συστήματος.

Λάθος 6: Παραμέληση αφαίρεσης αέρα και επεξεργασίας νερού

Η συσσώρευση αέρα και η μόλυνση της λάσπης μπορεί να μειώσουν την απόδοση της κυκλοφορίας και να προκαλέσουν σφάλματα στον εξοπλισμό.

Καλύτερη προσέγγιση:Παρέχετε κατάλληλο διαχωρισμό αέρα, φιλτράρισμα ρύπων, έκπλυση του συστήματος και πρόσβαση στη συντήρηση.

9. Buffer Tank εναντίον Expansion Tank vs Thermal Storage Tank

Αυτά τα τρία στοιχεία συχνά συγχέονται επειδή όλα σχετίζονται με συστήματα θέρμανσης με βάση το νερό.

Ωστόσο, εξυπηρετούν διαφορετικούς μηχανικούς σκοπούς.

Δεξαμενή διαστολής: Διαχείριση πίεσης

Το δοχείο διαστολής δέχεται αλλαγές στον όγκο του νερού που προκαλούνται από διακυμάνσεις θερμοκρασίας.

Ο πρωταρχικός του ρόλος είναι ο έλεγχος της πίεσης.

Δεν παρέχει ουσιαστική θερμική αποθήκευση για την ανακύκλωση του συμπιεστή.

Buffer Tank: Λειτουργική Ευστάθεια

Η δεξαμενή απομόνωσης προσθέτει όγκο νερού και, σε κατάλληλες διαμορφώσεις, παρέχει υδραυλικό διαχωρισμό.

Ο πρωταρχικός του ρόλος είναι η σταθερή λειτουργία του συστήματος.

Thermal Storage Tank: Energy Management

Μια δεξαμενή θερμικής αποθήκευσης έχει σχεδιαστεί για να αποθηκεύει επαρκή θερμική ενέργεια για μελλοντική χρήση.

Για παράδειγμα, μια μεγάλη μονωμένη δεξαμενή μπορεί να φορτίζεται σε περιόδους χαμηλότερων τιμών ηλεκτρικής ενέργειας ή υψηλής ηλιακής παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.

Η αποθηκευμένη θερμότητα μπορεί στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί όταν οι τιμές ηλεκτρικής ενέργειας είναι υψηλότερες ή όταν η αντλία θερμότητας δεν λειτουργεί.

Αν και μια αρκετά μεγάλη δεξαμενή αποθήκευσης μπορεί επίσης να παρέχει θερμική αποθήκευση, οι στόχοι μεγέθους και οι στρατηγικές λειτουργίας είναι διαφορετικοί.

Η διάκριση βασίζεται στη μηχανική λειτουργία, όχι απλώς στο όνομα που αναγράφεται στη δεξαμενή.

10. Κάθε σύστημα αντλίας θερμότητας χρειάζεται μια δεξαμενή αποθήκευσης;

Όχι απαραίτητα.

Μια δεξαμενή αποθήκευσης μπορεί να είναι περιττή όταν:

• Η αντλία θερμότητας έχει επαρκή ικανότητα διαμόρφωσης.

• Ο υπάρχων όγκος νερού ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις του κατασκευαστή.

• Ο ελάχιστος ρυθμός ροής διατηρείται υπό όλες τις συνθήκες λειτουργίας.

• Οι ζώνες θέρμανσης δεν δημιουργούν ασταθή κυκλοφορία.

• Οι απαιτήσεις απόψυξης μπορούν να ικανοποιηθούν χωρίς πρόσθετη θερμική αποθήκευση.

• Ο κατασκευαστής επιτρέπει ρητά την απευθείας σύνδεση.

Μια δεξαμενή buffer γίνεται πιο πολύτιμη όταν:

• Το σύστημα θέρμανσης έχει περιορισμένο όγκο ενεργού νερού.

• Συμβαίνει συχνός κύκλος συμπιεστή.

• Πολλαπλές ζώνες θέρμανσης ανοίγουν και κλείνουν ανεξάρτητα.

• Τα πρωτεύοντα και δευτερεύοντα κυκλώματα απαιτούν υδραυλικό διαχωρισμό.

• Η αντλία θερμότητας απαιτεί πρόσθετη θερμική ενέργεια κατά την απόψυξη.

• Το υπάρχον σύστημα δεν μπορεί να διατηρήσει αξιόπιστα την ελάχιστη ροή νερού.

Η απόφαση μηχανικής θα πρέπει να βασίζεται στις πραγματικές απαιτήσεις του συστήματος και όχι στην υπόθεση ότι κάθε εγκατάσταση πρέπει να χρησιμοποιεί την ίδια διαμόρφωση.

11. Συστάσεις Πρακτικής Μηχανικής

Για μηχανικούς HVAC, διανομείς αντλιών θερμότητας και εγκαταστάτες, συνιστούμε την ακόλουθη προσέγγιση.

Αρχικά, επιβεβαιώστε τις τεχνικές απαιτήσεις της αντλίας θερμότητας.

Ελέγξτε τον ελάχιστο όγκο νερού, την ελάχιστη ταχύτητα ροής, το εύρος διαμόρφωσης συμπιεστή, τις απαιτήσεις απόψυξης και τα προτεινόμενα υδραυλικά διαγράμματα.

Δεύτερον, υπολογίστε τα φορτία θέρμανσης και ψύξης του κτιρίου.

Η ονομαστική χωρητικότητα της αντλίας θερμότητας από μόνη της δεν επαρκεί για τον προσδιορισμό του σωστού μεγέθους δεξαμενής αποθήκευσης.

Τρίτον, αξιολογήστε τον ενεργό όγκο νερού.

Λάβετε υπόψη τον όγκο νερού που παραμένει διαθέσιμος υπό τις πιο περιοριστικές συνθήκες λειτουργίας, συμπεριλαμβανομένης της κλειστής ορισμένων ζωνών θέρμανσης.

Τέταρτον, επιλέξτε την κατάλληλη υδραυλική διαμόρφωση.

Χρησιμοποιήστε ένα buffer σειράς όπου η κύρια απαίτηση είναι πρόσθετος όγκος νερού ή μια κατάλληλη διάταξη υδραυλικού διαχωρισμού όπου απαιτείται ανεξάρτητος έλεγχος ροής.

Πέμπτον, εξετάστε την ενεργειακή απόδοση.

Αποφύγετε τον περιττό όγκο της δεξαμενής, την κακή μόνωση, την υπερβολική ανάμειξη και την ακατάλληλη λειτουργία της αντλίας.

Τέλος, ενεργοποιήστε και επαληθεύστε το σύστημα.

Μετρήστε τους ρυθμούς ροής νερού, τις θερμοκρασίες παροχής και επιστροφής, τους κύκλους λειτουργίας του συμπιεστή και την απόδοση απόψυξης.

Ένα καλά σχεδιασμένο υδραυλικό σύστημα θα πρέπει να λειτουργεί αξιόπιστα όχι μόνο κατά την αρχική θέση σε λειτουργία αλλά και κατά τη διάρκεια μεταβαλλόμενων καιρικών συνθηκών και λειτουργίας μερικού φορτίου.

12. Συχνές ερωτήσεις σχετικά με τις ρυθμιστικές δεξαμενές αντλιών θερμότητας

Ε1: Τι κάνει μια δεξαμενή απομόνωσης σε ένα σύστημα αντλίας θερμότητας αέρα-νερού;

Μια δεξαμενή απομόνωσης αυξάνει τον όγκο νερού του συστήματος, συμβάλλει στη μείωση του βραχυκυκλώματος του συμπιεστή και παρέχει πρόσθετη θερμική ενέργεια κατά την απόψυξη. Ανάλογα με τη διάταξη σύνδεσης, μπορεί επίσης να παρέχει υδραυλικό διαχωρισμό μεταξύ της αντλίας θερμότητας και των κυκλωμάτων διανομής θέρμανσης.

Ε2: Μπορεί μια αντλία θερμότητας inverter να λειτουργήσει χωρίς δεξαμενή προσωρινής αποθήκευσης;

Ναί. Ορισμένες αντλίες θερμότητας inverter μπορούν να λειτουργήσουν χωρίς εξωτερική δεξαμενή προσωρινής αποθήκευσης, εάν το σύστημα πληροί τον ελάχιστο όγκο νερού, την ελάχιστη ταχύτητα ροής και τις απαιτήσεις απόψυξης του κατασκευαστή.

Ε3: Πόσο μεγάλη θα πρέπει να είναι μια ρυθμιστική δεξαμενή για μια αντλία θερμότητας 12 kW;

Δεν υπάρχει καθολική ικανότητα. Το σωστό μέγεθος εξαρτάται από την ελάχιστη απόδοση της αντλίας θερμότητας, το φορτίο θέρμανσης, τον υπάρχοντα όγκο νερού, τον επιθυμητό χρόνο λειτουργίας και τις προδιαγραφές του κατασκευαστή. Θα πρέπει να γίνεται ένας υπολογισμός αντί να βασίζεται μόνο στην ονομαστική χωρητικότητα.

Ε4: Βελτιώνει μια δεξαμενή αποθήκευσης θερμότητας COP αντλίας θερμότητας;

Όχι άμεσα. Μια δεξαμενή αποθήκευσης δεν αυξάνει τη θεμελιώδη απόδοση του κύκλου ψύξης. Ωστόσο, μπορεί να βελτιώσει τη συνολική απόδοση του συστήματος μειώνοντας την αναποτελεσματική ανακύκλωση και σταθεροποιώντας τη λειτουργία. Η κακή μόνωση ή η υδραυλική ανάμειξη μπορεί να αντισταθμίσει αυτά τα οφέλη.

Ε5: Είναι μια δεξαμενή αποθήκευσης το ίδιο με μια δεξαμενή αποθήκευσης ζεστού νερού;

Όχι. Μια ρυθμιστική δεξαμενή συνήθως περιέχει νερό θέρμανσης ή ψύξης κλειστού βρόχου, ενώ μια δεξαμενή αποθήκευσης ζεστού νερού οικιακής χρήσης αποθηκεύει πόσιμο νερό για οικιακή χρήση. Ο σχεδιασμός, τα υλικά και οι απαιτήσεις λειτουργίας τους διαφέρουν.

Ε6: Μπορεί μια δεξαμενή αποθήκευσης να βοηθήσει κατά την απόψυξη;

Ναί. Όταν είναι κατάλληλου μεγέθους και συνδέεται, μια δεξαμενή απομόνωσης παρέχει θερμική ενέργεια που μπορεί να υποστηρίξει την απόψυξη με αντίστροφο κύκλο και να μειώσει τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας του νερού.

Ε7: Πρέπει να εγκατασταθεί μια δεξαμενή απομόνωσης στη γραμμή τροφοδοσίας ή επιστροφής;

Η σωστή θέση εξαρτάται από τον υδραυλικό σχεδιασμό του κατασκευαστή της αντλίας θερμότητας, τη διαμόρφωση του αισθητήρα, τις αντλίες κυκλοφορίας και την προβλεπόμενη λειτουργία του δοχείου. Στην πράξη χρησιμοποιούνται τόσο ρυθμίσεις από την πλευρά της προσφοράς όσο και από την πλευρά της επιστροφής.

Ε8: Μπορεί μια δεξαμενή αποθήκευσης να αντικαταστήσει μια δεξαμενή διαστολής;

Όχι. Μια δεξαμενή αποθήκευσης δεν αντικαθιστά τη λειτουργία ελέγχου πίεσης ενός δοχείου διαστολής. Τα κλειστά υδρονικά συστήματα εξακολουθούν να απαιτούν κατάλληλη προσαρμογή διαστολής και προστασία από την πίεση.

Συμπέρασμα: Μια ρυθμιστική δεξαμενή είναι κάτι περισσότερο από ένα δοχείο νερού

Μια δεξαμενή αποθήκευσης μπορεί να μοιάζει με ένα απλό μονωμένο δοχείο νερού, αλλά ο ρόλος της σε ένα σύστημα αντλίας θερμότητα