Predstavte si štvorposchodovú administratívnu budovu v Guangzhou v júli. Chladiace zaťaženie stúpa, každé poschodie potrebuje chladný vzduch, a napriek tomu strecha zostáva tichá – žiadne tlmiace ventilátory kondenzátora. To, čo to umožňuje, je slučka vody, ktorá sa ticho pohybuje cez budovu. Vo vnútri každej miestnosti na poschodie sa nachádza a tepelné čerpadlo voda (WSHP) robí rovnakú prácu ako klimatizácia, ale s jedným zásadným rozdielom: vymieňa teplo s vodou, nie s vonkajším vzduchom.
Priama odpoveď: tepelné čerpadlo vodného zdroja je chladiaci stroj, ktorý absorbuje teplo z potrubnej vodnej slučky v režime vykurovania alebo odvádza teplo do tej istej slučky v režime chladenia. Presúva teplo z jedného miesta na druhé namiesto toho, aby ho vytváralo. Pretože vodná slučka zostáva na oveľa stabilnejšej teplote ako vonkajší vzduch, kompresor vykonáva menej práce a jednotka poskytuje užitočnejšie vykurovanie alebo chladenie na každý kilowatt elektriny, ktorý spotrebuje.
Krátka odpoveď: Ako tepelné čerpadlo vodného zdroja prenáša teplo
Všetky tepelné čerpadlá, vrátane WSHP, bežia na rovnakom štvorstupňovom chladiacom cykle: odparovať, stláčať, kondenzovať, expaovať . V režime vykurovania vstupuje studené kvapalné chladivo do výmenníka tepla na strane vody, absorbuje teplo z vody a vrie na paru s nízkym tlakom. Kompresor nasáva túto paru a zvyšuje jej tlak a teplotu. Horúci plyn pod vysokým tlakom potom prúdi do vnútornej špirály, kde kondenzuje späť na kvapalinu a uvoľňuje teplo do vzduchu v miestnosti alebo do hydronického vykurovacieho systému. Tepelný expanzný ventil dávkuje kvapalinu späť do výparníka a cyklus sa opakuje.
V režime chladenia prevracia prúd štvorcestný reverzný ventil. Vnútorná špirála sa stáva výparníkom a absorbuje teplo z miestnosti, zatiaľ čo výmenník tepla na strane vody sa stáva kondenzátorom a odvádza toto teplo do vodnej slučky. Výsledok je taký jeden stroj dokáže zabezpečiť ohrev aj chladenie pomocou jediného vodného okruhu .
Štyri komponenty, ktoré robia prácu
Kompresor
Kompresor is the heart of the system. It raises refrigerant pressure and temperature so that heat can be released at a useful temperature on the indoor side. Small packaged WSHPs typically use rotary or scroll compressors; larger commercial systems use screw compressors or multi-compressor parallel arrangements. A scroll compressor has fewer moving parts than a reciprocating type and handles partial loads well, which is why scroll units dominate packaged WSHPs. In large plants, screw compressors provide high reliability and good efficiency under continuous duty.
Štvorcestný spätný ventil
Reverzný ventil je to, čím sa tepelné čerpadlo líši od bežnej klimatizácie. Keď sa ventil posunie, smer prúdenia chladiva sa obráti, čím sa vymenia funkcie výparníka a kondenzátora. Malý solenoidový pilot pohybuje hlavnou cievkou. V režime vykurovania je horúci plyn vedený do vnútornej špirály; v režime chladenia je horúci plyn vedený do výmenníka tepla na strane vody.
Výmenník tepla chladivo-voda
To je miesto, kde WSHP získava svoje meno. Namiesto rebrovanej špirály a vonkajšieho ventilátora používa WSHP spájkovaný doskový výmenník tepla alebo rúrkový výmenník tepla. Voda tečie na jednej strane teplovýmennej plochy; chladivo prúdi na druhej strane. Pretože voda má oveľa vyšší súčiniteľ prestupu tepla ako vzduch, tento výmenník môže byť fyzicky menší ako vzduchová špirála pri prenose rovnakého množstva tepla. Vo väčších systémoch je vodná strana často plášťovo-rúrková konštrukcia, v podstate rovnaká technológia ako pri plášťový a trubicový vodou chladený kondenzátor používané v priemyselných chladiacich zariadeniach. Na výbere materiálu rúr záleží: medené rúry sú štandardom v mnohých komerčných jednotkách, zatiaľ čo rúry z nehrdzavejúcej ocele sú preferované pre agresívne aplikácie alebo aplikácie s morskou vodou.
OEM/ODM KCWS Series Výrobcovia plášťa a trubice vodou chladených kondenzátorov, továreň Ako čínsky výrobca škrupinových a trubicových vodou chladených kondenzátorov série KCWS a veľkoobchodný predaj kondenzačných nádrží a trubíc série KCWS ... Zobraziť produkt → Rozširujúce zariadenie
Medzi kondenzátorom a výparníkom expanzné zariadenie – zvyčajne termostatický expanzný ventil (TXV) alebo elektronický expanzný ventil (EEV) – znižuje tlak chladiva a meria správny prietok do výparníka. EEV rýchlejšie reaguje na zmeny zaťaženia a udržiava prehriatie tesnejšie, čo zlepšuje účinnosť pri čiastočnom zaťažení. To je dôležité v systéme WSHP, pretože vstupná teplota vody sa v priebehu roka mení, takže expanzné zariadenie sa musí neustále prispôsobovať.
Režim vykurovania a režim chladenia: Rovnaký cyklus v opačnom poradí
Režim vykurovania
V režime vykurovania je zdrojom tepla vodná slučka. Pri väčšine komerčných dizajnov slučiek voda vstupuje do jednotky okolo 50 °F až 68 °F (10 °C až 20 °C) . Chladivo absorbuje teplo z tejto vody a odparuje sa. Kompresor potom zvýši teplotu plynu na teplotu dostatočne vysokú na to, aby vnútorná cievka dodávala teplý privádzaný vzduch – zvyčajne 90 °F až 105 °F (32 °C až 40 °C). Pokiaľ teplota slučky zostane približne nad 7 °C, jednotka môže udržiavať užitočné vykurovanie bez toho, aby sa spoliehala na elektrické záložné teplo.
Režim chladenia
V režime chladenia sa slučka stáva chladičom. Vratná slučková voda zvyčajne sedí medzi nimi 70 °F a 90 °F (21 °C až 32 °C) . Vnútorná špirála absorbuje teplo z miestnosti, kompresor zvyšuje teplotu chladiva výrazne nad teplotu vody a výmenník tepla chladivo-voda odovzdáva toto teplo do okruhu. Čím je voda v slučke teplejšia, tým tvrdšie musí kompresor pracovať – a preto sú riadenie chladiacej veže a resetovanie teploty vody takými dôležitými súčasťami dobre riadeného závodu WSHP.
Uzavretá slučka, otvorená slučka a stavebné slučky: Odkiaľ pochádza voda?
WSHP pracujú s viacerými zdrojmi vody. Voľba ovplyvňuje účinnosť aj náklady na inštaláciu.
| Typ systému | Vodný zdroj | Typická teplota vstupnej vody | Najlepšie sa hodí pre |
|---|---|---|---|
| Uzavretá zemná slučka | Zakopaná HDPE rúrka so zmesou vody a glykolu | 32 °F až 70 °F (0 °C až 21 °C) podľa sezóny | Domy a komerčné objekty s pozemkami pre vrty |
| Otvorená slučka (studničná voda) | Spodná voda čerpaná cez výmenník tepla | 45 °F až 60 °F (7 °C až 16 °C) | Vlastnosti s čistou, spoľahlivou vodou zo studne a schválenou reinjektážou alebo drenážou |
| Stavebná slučka s kotlom a chladiacou vežou | Spoločná vodná slučka budovy; kotol dodáva teplo, veža teplo odmieta | 60 °F až 90 °F (16 °C až 32 °C) | Kancelárie pre viacerých nájomcov, hotely, budovy so zmiešaným využitím |
| Jazerná alebo riečna slučka | Ponorená uzavretá slučka v otvorenej vode | 35 °F až 75 °F (2 °C až 24 °C) | Budovy v blízkosti hlbokých vodných útvarov |
Väčšina veľkých komerčných inštalácií WSHP používa zdieľanú slučku budovy. Každá vnútorná jednotka je dostatočne malá na to, aby sa zmestila do stropnej dutiny alebo malej miestnosti na výrobu, a všetky jednotky čerpajú z rovnakého dvojrúrkového vodného okruhu. Keď niektoré zóny potrebujú teplo, zatiaľ čo iné potrebujú chladenie, teplo odvádzané chladiacimi zónami je absorbované ohrievacími zónami – funkcia tzv. rekuperácia tepla . To môže výrazne znížiť súčasné vykurovanie a chladenie, čo je jeden z hlavných dôvodov, prečo si majitelia budov vyberajú systémy vodného zdroja.
Prečo voda bije vzduch: WSHP verzus vzduchové tepelné čerpadlo
Oba systémy využívajú rovnaký cyklus kompresie pár. Rozdiel je v médiu na vonkajšej strane. Vzduch mení teplotu s počasím; voda v uzavretom okruhu zostáva oveľa stabilnejšia. Táto stabilita mení celkový obraz výkonu.
| Aspekt | WSHP | Tepelné čerpadlo vzduch-voda (ASHP) |
|---|---|---|
| Zdroj tepla/umývadlo | Vodná slučka, stabilná po celý rok | Vonkajší vzduch, hojdačky s počasím |
| Výkon vykurovania | Pomaly degraduje, keď teplota slučky klesá | COP v mrazivom počasí prudko klesá |
| Chladiaci výkon | Stabilné aj vo veľmi horúcich dňoch | Pády pri okolitých teplotách nad 35 °C (95 °F) |
| Hluk | Tichý; žiadny vonkajší ventilátor | Hluk ventilátora vonkajšieho kondenzátora |
| Priestor | Žiadna strešná jednotka; miestnosť na izbovú rastlinu alebo prázdnota v strope | Vyžaduje vonkajšiu jednotku a voľný priestor okolo nej |
| Inštalácia | Viac potrubia; potrebná infraštruktúra vodnej slučky | Zvyčajne jednoduchšie v moderných budovách |
| Údržba | Úprava vody, starostlivosť o čerpadlo a výmenník | Čistenie cievky a prístup chladiva vonku |
Pretože voda má viac ako 3000-násobok objemovej tepelnej kapacity vzduchu môže byť výmenník tepla voda/chladivo oveľa menší ako vzduchová špirála s rovnakou funkciou. Pre kompresor je dôležitým číslom nárast teploty. So vstupnou vodou s teplotou 60 °F v zimnom vykurovaní kompresor zvýši chladivo z približne 50 °F na 100 °F – zdvih o 50 °F. Jednotka zdroja vzduchu v mrazivom počasí môže potrebovať zvýšiť chladivo z -10 °F na 100 °F – zdvih o 110 °F. Zhruba polovičný zdvih znamená zhruba dvojnásobný COP ohrevu. Tento fyzický vzťah je skutočným dôvodom, prečo systémy vodných zdrojov poskytujú lepšiu sezónnu účinnosť. Ak chcete vidieť, ako ďaleko siaha rovnaký princíp, pozrite sa na kompletný sortiment kondenzátorov a výparníkov používané v moderných hydronických zariadeniach.
Efektivita v číslach: COP, EER a čo očakávať
COP (koeficient výkonu) je pomer užitočného ohrevu alebo chladenia k elektrickému príkonu. COP 4,0 pri vykurovaní znamená, že na každý 1 kW elektriny, ktorú kompresor spotrebuje, jednotka dodá 4 kW tepla. EER (pomer energetickej účinnosti) je ekvivalent chladenia, bežne vyjadrený v Btu na watthodinu.
Čo môže kupujúci reálne očakávať od moderného WSHP?
- COP ohrevu medzi 3,5 a 5,5 pre väčšinu systémov vodných zdrojov, v závislosti od teploty vstupnej vody.
- EER chladenia medzi 14 a 22 Btu/W-h v typických komerčných slučkách.
- Lepší výkon pri čiastočnom zaťažení, pretože kompresor menej moduluje alebo cykluje za miernych podmienok.
- Ministerstvo energetiky USA uvádza, že geotermálne tepelné čerpadlá a tepelné čerpadlá typu voda-vzduch môžu znížiť spotrebu energie približne o 25 až 50 percent v porovnaní s tepelnými čerpadlami typu vzduch-zdroj v podobných budovách (zdroj: Ministerstvo energetiky USA, prehľad geotermálnych tepelných čerpadiel).
| Vstupná teplota vody (režim vykurovania) | Typický rozsah COP |
|---|---|
| 50 °F (10 °C) | 4.2 až 5.5 |
| 60 °F (16 °C) | 4,0 až 5,0 |
| 70 °F (21 °C) | 3,5 až 4,2 |
Všimnite si trend: chladnejšia slučková voda znamená nižšie COP, čo je dôvod, prečo zemné slučky a studničná voda – ktoré zostávajú v zime teplejšie ako vonkajší vzduch – vytvárajú lepšiu zimnú účinnosť ako zariadenia so zdrojom vzduchu.
Päť aspektov dizajnu, ktoré rozhodujú o výkone v skutočnom svete
- Rýchlosť prietoku vody. Každá jednotka potrebuje dostatočný prietok na prenos tepla bez nadmernej energie čerpadla. Komerčné jednotky vodného zdroja sú bežne špecifikované na 2,5 až 3 americké galóny za minútu na tonu chladenia ; väčšie systémy využívajú nižšie prietoky s vyššími teplotnými rozdielmi.
- Vstup do rozsahu teploty vody. Udržujte teploty slučky v rámci limitov výrobcu – zvyčajne 50 °F až 95 °F (10 °C až 35 °C) pri chladení and 45 °F až 75 °F (7 °C až 24 °C) pri zahrievaní — na ochranu kompresora a zachovanie platnej kapacity.
- Kvalita vody a znečistenie. Doskové výmenníky tepla majú úzke kanály; úlomky, vodný kameň alebo biologický rast môžu rýchlo znížiť prenos tepla a zvýšiť kondenzačný tlak. Používajte sitká, úpravu vody a – pre agresívnu vodu – výmenníky tepla z nehrdzavejúcej ocele.
- Ochrana proti mrazu. Pozemné slučky potrebujú zmes vody a glykolu; stavebné slučky v nevykurovaných priestoroch potrebujú nemrznúcu zmes, ohrievanie alebo spoľahlivý postup odvodňovania.
- Resetovanie teploty slučky. Ovládajte teplotu slučky na základe vonkajších podmienok a požiadaviek zóny. Zvýšenie teploty slučky pri chladení alebo jej mierne zníženie pri vykurovaní znižuje zdvih kompresora a znižuje spotrebu energie v celom zariadení.
Zladenie vodnej slučky so správnym chladiacim zariadením
Vodné tepelné čerpadlo je jedným z prvkov väčšieho hydronického chladiaceho systému. Rovnaké technické princípy – spoľahlivá kompresia, čistá výmena tepla na vodnej strane a stabilná regulácia chladiva – platia pre zvyšok zariadenia. Pre projektové tímy, ktoré si montujú svoje vlastné riešenie v závode, rozhoduje výber kondenzátora, chladiča a kondenzačnej jednotky o tom, či slučka skutočne dosiahne svoju konštrukčnú účinnosť.
Na chladiacej strane zabalené vodou chladený chladič je štandardný spôsob odvádzania tepla zo slučky, keď má budova chladiacu vežu. Na strane výmeny tepla plášťovo-rúrkový vodou chladený kondenzátor prenáša teplo medzi chladivom a vodou na veľkom, ľahko čistiteľnom povrchu. V zariadeniach s výparníkmi napájanými čerpadlom, a kondenzačná jednotka sudového čerpadla zabezpečuje recirkuláciu potrebnú na udržanie stabilnej dodávky chladiva pri premenlivom zaťažení.
OEM/ODM Výrobcovia barelových čerpadiel KTB, továreň - Zhejiang Kaidi Ako výrobca kondenzačnej jednotky pre sudové čerpadlo KTB v Číne a veľkoobchodný predaj kondenzačnej jednotky pre sudové čerpadlo KTB oem/odm továreň, Zhejiang Kaidi Re... Zobraziť produkt → 
Vlastný dodávateľ chladenia vodou, spoločnosť Zhejiang Kaidi Refrigeration Equipment Co., Ltd. je dodávateľom čínskych vodou chladených chladičov a vlastných vodou chladených chladičov, ktoré ponúkajú solut... Zobraziť produkt → Ak navrhujete chladiarenský sklad alebo prevádzkové chladenie, platí rovnaká logika výberu výber kondenzačnej jednotky pre chladiarenské aplikácie . Musíte tiež prispôsobiť zariadenie teplotnému rozsahu slučky, kvalite vody a očakávanému profilu čiastočného zaťaženia – a stojí to za to diskusiu o týchto parametroch s aplikačným inžinierom pred dokončením balíka.
Praktický odvoz: WSHP je len taká účinná ako zvyšok hydronického zariadenia. Predimenzované čerpadlá, neupravená voda alebo poddimenzovaná chladiaca veža rýchlo narušia výhodu COP. Začnite s dizajnom slučky, potom vyberte kompresor a balík výmenníka tepla okolo neho.
Často kladené otázky o tepelných čerpadlách vodného zdroja
Fungujú vodné tepelné čerpadlá v chladnom podnebí?
áno. V režime vykurovania môže jednotka voda-vzduch stále poskytovať COP 3,0 alebo lepšie so vstupnou vodou s teplotou 40 °F (4 °C), čo je ďaleko nad zimnými teplotami vzduchu vo väčšine chladných oblastí. Dôvod, prečo to funguje v Harbine, Minneapolise alebo Osle, je jednoduchý: slučka je zakopaná pod zemou alebo ťahaná z podzemnej vody, takže zimné teploty vzduchu sa nikdy nedotknú zdroja tepla.
Je vodné tepelné čerpadlo to isté ako geotermálne tepelné čerpadlo?
Nie presne. Geotermálne alebo zemné tepelné čerpadlo je jedným typom systému vodného zdroja. Ako zdroj tepla a výlevku využíva uzavretú zemnú slučku alebo studničnú vodu. Ale veľa WSHP beží na slučke budovy s chladiacou vežou a kotlom – žiadne uzemnenie. Všetky geotermálne tepelné čerpadlá sú systémy vodného zdroja; nie všetky vodné tepelné čerpadlá sú geotermálne.
Môže jedna vodná slučka ohrievať a chladiť rôzne zóny súčasne?
Áno, a to je jedna z najväčších výhod systému WSHP. Každá vnútorná jednotka sa samostatne rozhoduje, či bude vykurovať alebo chladiť. Keď jedna kancelária potrebuje chladiť a iná vykurovať, slučka prenáša teplo z jednej do druhej a kotol a chladiaca veža len dotvárajú rozdiel.
Akú údržbu potrebuje tepelné čerpadlo voda?
Dôležité sú tri oblasti: kvalita vody, náplň chladiva a čistota vzduchu. Slučka potrebuje pravidelnú filtráciu a úpravu vody, aby sa zabránilo zanášaniu doskových alebo rúrkových výmenníkov tepla; povrchy výmenníkov tepla by sa mali kontrolovať ročne; a vnútorné výmenníky a filtre potrebujú rovnaký plán čistenia ako ktorákoľvek fan-coilová jednotka. Pretože tu nie je žiadny vonkajší ventilátor kondenzátora, bežné problémy s koróziou a úlomkami vonkajších jednotiek väčšinou zmiznú.
Ako dlho vydrží tepelné čerpadlo voda?
Pri správnej úprave vody zvyčajne slúži kvalitný komerčný WSHP 20 až 25 rokov a samotná vodná slučka môže trvať 50 rokov alebo viac. Chladiaci okruh je utesnený a kompresor je chránený stabilnou teplotou slučky – na rozdiel od strešných jednotiek, ktoré trpia extrémnymi tepelnými cyklami. Mnoho majiteľov považuje vnútorné umiestnenie zariadenia za skutočnú celoživotnú výhodu: nikdy neuvidí sneh, soľ ani letné slnko.
Ako si môžem vybrať medzi systémom voda-voda a voda-vzduch?
Jednotky voda-vzduch sú najbežnejšie v kancelárskych budovách, pretože upravujú obývané priestory priamo cez potrubie. Jednotky voda-voda sa používajú, keď má budova hydronický rozvod – podlahové kúrenie, chladené stropy alebo technologickú chladiacu vodu – pretože namiesto teplého vzduchu vyrábajú ohriatu alebo chladenú vodu. Pre priemyselné procesy, ako je chladenie laserom alebo spracovanie potravín, je zvyčajne správna architektúra voda-voda.
Zrátané a podčiarknuté
Tepelné čerpadlo vodného zdroja je jednoducho chladiaci stroj, ktorý využíva vodnú slučku ako zdroj tepla a výlevku. Komponenty sú konvenčné, cyklus je štandardný cyklus kompresie pár a výhoda účinnosti pochádza takmer výlučne zo stability teploty vody. Či už navrhujete 40-poschodovú kancelársku vežu, chladiarenský sklad alebo systém chladenia procesov, koncept WSHP je rovnaký – a výber zariadení na strane vody, od doskových výmenníkov tepla až po plášťové a rúrkové kondenzátory, rozhoduje o tom, ako dobre bude tento koncept fungovať v reálnej prevádzke.
