Kuinka suunnitella lämpöpumppu

Yleisiä ohjeita lämpöpumpun suunnittelusta ja viittaukset täydelliseen ja toimivaan ohjelmistoon. Erinomainen apu niille, joiden on tehtävä valinta koneen tyypistä ja sen oikeasta mitoituksesta.

Lämpöpumpun suunnittelu on kiehtova prosessi, jossa yhdistyvät tieteellinen, tekninen ja käytännön tietämys ja luodaan erittäin tehokas järjestelmä, joka pystyy hyödyntämään ympäröivän ympäristön lämpöresursseja asuintilojen lämmittämiseen tai jäähdyttämiseen. Tämä Itieffen laatima opas on suunniteltu tarjoamaan täydellinen ja syvällinen yleiskatsaus tästä tärkeästä aiheesta lämpötekniikan ja energiatehokkuuden alalla.

Lämpöpumput ovat kestävä ratkaisu rakennusten lämmitykseen ja jäähdytykseen, sillä ne käyttävät minimaalisen määrän sähköä lämmön siirtämiseen kylmästä lähteestä kuumaan tai päinvastoin. Tämä innovatiivinen lähestymistapa ei ainoastaan ​​vähennä energiakustannuksia, vaan auttaa myös vähentämään ympäristövaikutuksia vähentämällä perinteisiin lämmitys- ja jäähdytysjärjestelmiin liittyviä kasvihuonekaasupäästöjä.

Oppaan tarkoitus

Itieffe loi tämän oppaan viitepisteeksi insinööreille, suunnittelijoille, opiskelijoille ja alan harrastajille, jotka ovat kiinnostuneita ymmärtämään perusteellisesti lämpöpumppusuunnittelun perus- ja edistyksellisiä periaatteita.

Aloitamme yleiskatsauksella sen toimintaan tarvittavista pääominaisuuksista ja komponenteista.

Lämpöpumpun suunnittelu on monialainen prosessi, joka vaatii asiantuntemusta termodynamiikasta, nestedynamiikasta, sähkötekniikasta ja monesta muusta. Oikealla tiedolla ja asianmukaisella ohjauksella on kuitenkin mahdollista vastata tähän haasteeseen tehokkaasti ja kestävästi.

Toivon, että tämä opas antaa sinulle vankan perustan ymmärtääksesi ja lähestyäksesi lämpöpumpun suunnittelua luottavaisesti ja menestyksekkäästi. Mukavia lukuhetkiä ja hyvää työtä lämpöpumppujen kiehtovassa ja yhä merkityksellisemmässä maailmassa.

Miten lämpöpumppu toimii ja miten se mitoitetaan

Haluttaessa pohtia tekniikkaa: "Lämpöpumput", huomaamme, että lopulta Italiassa kaikki teknikot ovat alkaneet tehdä laskelmia watteina tai kW.

BTU:t (brittiläiset lämpöyksiköt) ovat vihdoin kadonneet ja näin on nähtävä, että järjestelmässämme (SI) laskelmat ovat tiukasti watteina (tai kW).

Mikä on lämpöpumppu

Lämpöpumppu on kone, joka koostuu suljetusta piiristä, jonka sisällä kiertää kylmäainekaasu, joka pystyy vähentämään lämpöä yhdestä ympäristöstä siirtääkseen sen toiseen. piilevän haihtumis- ja kondensaatiolämmön ja kompressorin toiminnan kautta (muista, että kylmää tuottavia koneita ei ole olemassa, vaan ainoastaan ​​ne, jotka vähentävät lämpöä).

Kesällä se ottaa lämpöä huoneesta höyrystimen kautta ja siirtää sen ulos lauhduttimen kautta, mikä laskee lämpötilaa.

Talvella tilanne on päinvastainen, höyrystimestä tulee lauhdutin ja päinvastoin venttiilin kautta (nelitie), jolloin ulkopuolelta vähennetään lämpöä, joka vapautuu ympäristöön aiheuttaen lämpötilan nousun (ks. : Jäähdytyspiiri - perusasiat).

 Suorituskykykerroin

Tämä energiansiirto saa lämpöpumpun moninkertaistamaan järjestelmän käyttämän sähköenergian, jolloin suorituskykykerroin (COP - Suorituskykykerroin) on suurempi kuin yksi.
Korkean COP-arvonsa ansiosta tämä tekniikka on siksi ihanteellinen ratkaisu, joka pystyy sovittamaan yhteen kustannukset, energiankulutus ja ympäristön kestävyys. Jokainen koneen absorboima kW syöttää ympäristöön noin 3,5 kW (COP on 3,5).

 

1. kompressori
2. kondensaattori
3. höyrystin
4. paisuntaventtiili (laminaattori)
5. nelitieventtiili

Nelitieventtiilin avulla höyrystin ja lauhdutin vaihtavat rooleja siten, että talvella lauhdutin sijoitetaan ympäristön sisälle antaen sille höyrystimen ulkopuolelta ottaman lämmön. Sitä vastoin kesällä lauhdutin luovuttaa lämpöä ulos, jos höyrystin ottaa lämpöä ympäristön sisältä.

On olemassa useita erilaisia ​​lämpöpumppuja, jotka eroavat toisistaan ​​​​nesteiden vaihdon suhteen.

1 - Ilma-vesilämpöpumput

Se on yleisin kotimaisille käyttäjille. Energianlähteenä käytetään ulkoilmaa. Höyrystimen ulkoilmasta imemä lämpö siirtyy lämmityspiirin veteen.

Optimaalinen ulkolämpötila järjestelmän säännölliseen käyttöön ei saa olla alle 2 ÷ 4 °C.

Tämän lämpötilan alapuolella huomaat vaihtelua koneen suorituskyvyssä suhteessa itse lämpötilaan. Mitä matalampi ulkolämpötila, sitä vähemmän kone tarjoaa hyväksyttävää suorituskykyä.

1. lämpöpumppu
2. hydraulinen sarja
3. kuumavesivaraaja
4. säteilevä lattia
5. lämpöpatterit

Valmistajat tarjoavat tämän tyyppisiä koneita eri kokoonpanoissa.

Tehdastasolla on monoblokki- ja split-malleja, jotka voidaan toimittaa myös integroidulla varastolla. Yleisimmin käytetty konekokoonpano on jaettu, koska se on varustettu kodin seinälle asennettavalla vesimoduulilla, mikä mahdollistaa ulkoisen osan minimoimisen.

 Suorituskyvyn suhteen on olemassa vakiomalleja ankarille ilmastoille ja korkean lämpötilan vedelle.

2 - Vesi-vesilämpöpumput

Vettä käytetään energianlähteenä. Kaivoista tai pohjavedestä tulevaa voidaan käyttää.

Veden lämpötila pysyy vakaana ympäri vuoden (sen lämpötila on aina reilusti yli 4 °C).

Tämä edellyttää koneen erinomaisen toimintakyvyn ylläpitämistä kaikkina vuodenaikoina.

1. akvifer (tai kaivo)
2. lämpöpumppu

3 - Maalämpöpumput

Toinen lämmönvaihtojärjestelmä on geotermiset anturit. Maassa on oma lämpönsä myös talvella.

Syvälle sijoitetuilla geotermisillä antureilla tämä lämpö voidaan ottaa talteen ja siirtää sitten lämmityspiirin veteen (ilmeisesti lämpöpumpun kautta).

1. säteilevä lattia
2. varastosäiliö
3. lämpöpumppu
4. geoterminen anturi

Mikä auto valita

Valitaksesi tarpeisiisi sopivimman koneen, on otettava huomioon seuraavat arvioinnit: tyyppi, kokoonpano, koko ja asennus.

1 - Typologia

Sinun tarpeisiisi parhaiten sopivan konetyypin valinta riippuu enemmän lämpötilasta, jossa sen tulee toimia, eli lämmityspiirijärjestelmän liittimien vaatimaan toimituslämpötilaan.

Markkinoilla on koneita, jotka toimivat matalissa tai korkeissa lämpötiloissa. Valinta voidaan tehdä seuraavan kaavan perusteella:

           1 - Jäähdytin 2 - Tuuletinpatteri 3 - Säteilyjärjestelmä

Käyttölämpötila 65 °C Käyttölämpötila 50 °C Käyttölämpötila 35 °C

Korkean lämpötilan kone Vakiokone tai kylmä ilmasto Vakiokone tai kylmä ilmasto

Korkean lämpötilan koneet

Voidaan käyttää kattilan sijasta kodeissa, joissa on lämpöpatterit, joiden käyttölämpötila on noin 65 °C. Niiden avulla jakelu ja järjestelmäpäätteet pysyvät muuttumattomina. Nämä koneet pystyvät tuottamaan kuumaa vettä jopa 65 °C:seen asti. Saavutettu COP on melko korkea. Ne tulevat toimimaan ulkoilman lämpötiloissa -15 °C asti.

Vakiokoneet

Voidaan käyttää uusissa asennuksissa ja vähän energiaa kuluttaviin koteihin. Ne pystyvät tuottamaan kuumaa vettä jopa 55 °C:een saavuttaen korkeat COP-arvot.
Vaikka ne pystyvät tuottamaan lämpöä ulkoilman lämpötiloissa aina -20 °C:een asti, jäykkien suunnittelulämpötilojen tapauksessa suorituskyky on tarkistettava, koska alle 2 °C:n lämpötilassa nämä koneet kärsivät merkittävästä laskusta tosiasiallisesti toimitetun tehon tehokkuudessa.

Kylmän ilmaston koneet

Voidaan käyttää erittäin kylmissä olosuhteissa. Ne ovat ihanteellinen vaihtoehto varmistamaan, että lämmitysteho säilyy myös erittäin alhaisissa lämpötiloissa.
Nämä koneet pystyvät tuottamaan lämpöä jopa -28 °C:n ulkoilman lämpötiloissa.

-20 °C:n ulkolämpötilan ansiosta ne pitävät tosiasiallisesti toimitetun tehon vakiona ilman ylimääräistä sähköistä tulistimen tarvetta.

2 - Kokoonpano

Kaikkien laitoksen suunnittelu- ja asennustarpeiden tyydyttämiseksi lämpöpumppuja valmistetaan eri kokoonpanoilla: yksilohko, split ja torni, jota kutsutaan myös nimellä "All in one".

- Monoblock: 

se on yksinkertaisin ja vähiten invasiivinen asentaa. Se on yksittäinen yksikkö, joka on asennettava talon ulkopuolelle, se ei vaadi kytkentöjen luomista kaasupiiriin, joka siksi saapuu valmiina ja valmistajan testaamana, mikä helpottaa asennusta.
Haittana on huomioitava se, että kuuman veden tulo- ja paluuputkien liitännät on tehtävä talon ulkopuolelle. Talvikaudella on ryhdyttävä varotoimiin, jotta vältetään jään muodostuminen koneen ollessa epäkunnossa.

Myös lämmityskaapeleita voitaisiin käyttää, jotka kuitenkin itse asiassa heikentävät koneen suorituskykyä, koska ne lisäävät kodin sähkönkulutusta.

- Jaettu: 

se on yleisin saatavilla olevista. Varustettu kodin ulkopuolelle asennettavalla kompressorilla ja sisälle asennettavalla vesimoduulilla.
Sisäinen hydroniikkamoduuli sisältää kylmäaineen kondensaatioosan ja kuuman veden syötön, joten se ei aiheuta ääntä, koska se on ilman kompressoria.
Mitat ovat myös pienentyneet, mikä mahdollistaa asennuksen tiloihin, joissa kattila on aiemmin ollut. Tässä tapauksessa asentajan on kuitenkin tehtävä jäähdytyspiirin meno- ja paluuliitännät sisä- ja ulkoyksiköiden välillä.

A - lauhdutusyksikkö lämpöpumpulle

B - vesimoduuli

1 ÷ 2 - kylmäainekaasun virtaus - paluuputki

3 - järjestelmän ja käyttäjän kuuman veden syöttöputki (talvi)

4 - järjestelmän ja käyttäjän kuuman veden paluuputki (talvi)

Näiden kahden järjestelmän täydentämiseksi markkinoilla on täydellisiä ratkaisuja kaikkeen: lauhdutusyksikkö, vesimoduuli, lämpövauhtipyörä (katso kuinka laskea puskurisäiliö) ja kuuman käyttöveden säiliö (DHW).

Tämä ratkaisu merkitsee huomattavaa säästöä toteutusajoissa ja alhaisen asennusvirheiden mahdollisuuden.

3 - koko

Minkä kokoinen koneen pitäisi olla

 Nimellislämpötehon laskenta

Lämpöpumpun on integroitava uudelleen kompleksin hajottama lämpöenergia, jotta sisälämpötila pysyy vakiona.

Alla on esitetty kolme menetelmää, joista voi olla apua omiin tarpeisiin sopivimman konekoon laskemisessa myös niille, jotka eivät varsinaisesti ole alalla.

1 - Ensimmäinen menetelmä

Laskelman tekemiseen tarvitaan tarkat tiedot.

Se alkaa talven ilmastoinnin vuotuisesta lämpöenergiatarpeesta.

• ETH - Talviilmastoinnin vuotuinen lämpöenergiatarve: lämmityskauden aikana talviilmastointiin tarvittava lämpöenergia. Saatavilla Energy Performance Certificate (APE) -todistuksella.

• S - Käyttöpinta: rakennuksen lämmitettyjen huoneiden nettokäytävä pinta-ala väliseinistä ja ulkoseinistä, mukaan lukien ovien kynnykset ja järjestelmäliittimien alla olevat tilat. Saatavilla talon projektitiedoista.
• gg - Päivän aste: vain positiivisten erojen summa tavanomaisesti 20 °C:seen säädetyn sisäisen lämpötilan ja ulkolämpötilan välillä talvilämmitysjakson aikana, joka on määritetty itse sijainnin ilmastovyöhykkeen perusteella. Saatavilla presidentin asetuksen 412/93 liitteessä A ja myöhemmissä tarkistuksissa (katso Ilmastoalueet e  Ohjeelliset maakohtaiset tiedot).
• T_{ITÄ -} Suunniteltu ulkolämpötila (T₂): ulkoinen vähimmäislämpötila, jossa lämmönkehittäjä toimittaa lämpöenergiaa, kuitenkin riittävän hyvin varmistamaan, että sisälämpötila pysyy paikallaan. Tiedot ovat saatavilla UNI 5364 -standardin ja myöhempien versioiden tai UNI 10339 -standardin avulla (katso Projektin ulkoiset lämpötilat).
• h - Päivittäiset käyttötunnit: lämmityksen päivittäiset enimmäiskäyttötunnit (katso Ilmastoalueet).

Kun nämä tiedot on saatu, on mahdollista laskea koneen nimellislämpöteho seuraavalla kaavalla:

Kyyhkynen:

P_tn = Koneen nimellislämpöteho kW

ETH = Talviilmastoinnin vuotuinen lämpöenergiatarve

S = Käyttökelpoinen pinta-ala metreinä²

T₁ = Sisälämpötila °C

T₂ = Ulkolämpötila °C

gg = astepäivä

h = Käyttötunteja päivässä.

Otetaan esimerkki

• Maa = Rooma (ilmastoalue D)
• Astepäivä = 1415
• Mitoitus ulkolämpötila = 0 °C
• Hyödyllinen pinta = 90 m²
• ETH = 75
• h = 12

Kaavan soveltaminen:

Siksi koneen nimellishyötyteho on 7,95 kW

Otetaan toinen esimerkki:

• Maa = Milano (ilmastoalue E)
• Astepäivä = 2404
• Mitoitus ulkolämpötila = -5 °C
• Hyödyllinen pinta = 90 m²
• ETH = 75
• h = 16

Kaavan soveltaminen:

Vaikka se saattaa joillekin tuntua oudolta, tietoja analysoitaessa todetaan, että lämpöteho, jota lämpöpumpun on käytettävä säilyttääkseen optimaaliset lämpötila-arvot samantyyppisissä ympäristöissä kahdessa kaupungissa, joissa lämpötila on erilainen, on Roomassa yhtä suuri kuin 7,95 , 4,39 kW, kun taas Milanossa se on XNUMX kW.

Katso: "Lämpöpumpun mitoitus - menetelmä"

2 - Toinen menetelmä

Talviilmastoinnin (ETH) vuotuinen lämpöenergiatarve on mahdollista laskea kaasulaskussa ilmoitetut kulutustiedot huomioon ottaen.

Tämän toimenpiteen suorittamiseksi kaasun kulutuksen on oltava saatavilla vähintään 4 viimeisenä peräkkäisenä vuotena luotettavan keskikulutuksen saamiseksi.

Seuraavaa kaavaa voidaan soveltaa:

Kyyhkynen:

ETH = Talviilmastoinnin vuotuinen lämpöenergiatarve

C = kaasun kulutus ilmaistuna kuutioina³ (normaali kuutiometri)

Q = saatu teho per cm³ (vakiokuutiometri) kaasua (9,6 kWh metaanille ja 24,5 kWh nestekaasulle).

• Huomautus: Nestekaasu ostetaan yleensä litroina. Sen alempi lämpöarvo on 12.790 6.500 W / kg - 24.500 XNUMX W / litra ja XNUMX XNUMX W / cm³

η = kattilan hyötysuhde (0,82 avoin kammio - 0,86 suljettu kammio - 0,97 kondensaatio).

N = on käyttöveden käyttäjien lukumäärä

500 = vuotuinen energiankulutus asukasta kohden lämpimän käyttöveden (käyttöveden) tuotantoon kWh:na

S = hyötypinta: rakennuksen lämmitettävien tilojen nettokäytävä pinta-ala.

Otetaan esimerkki

C = 833 cm³

Q = 10,5 kW / h

h = 0,97

N = 4 henkilöä

LKV = kulutus 500 kW/h

S = 90 m²

Kaavan soveltaminen:

Tällä tavalla lasketulla ETH-arvolla voidaan edellisellä menetelmällä palata takaisin nimellislämpötehoon (P._tn) koneesta kilowatteina ilmaistuna.

Katso: "Lämpöpumpun mitoitus - menetelmä"

3 - Kolmas menetelmä

Menetelmä, joka ottaa huomioon ympäristötekijät ja antaa vastaukseksi kullekin yksittäiselle ympäristölle tarvittavan lämpötarpeen.

Kalliimpia kuin aikaisemmat menetelmät, mutta vaatimattomamme mielestämme luotettavin ja joka osoittaa äärimmäisen hyvin kullekin ympäristölle jaetun lämmöntarpeen.

Huoneen lämmitysajat lyhenevät, asetettu nopeus saavutetaan ensin, mutta tämä merkitsee selvästi enemmän taakkaa. 

Pyydetty arvo on syötettävä jokaiseen yksittäiseen soluun. On tarpeen syöttää kunkin yksittäisen huoneen todelliset mitat leveyteen, pituuteen ja korkeuteen, kardinaalivalotus, rakennustyyppi, ulkolämpötila. Tuloksia voi pyytää ilmoitetuissa mittayksiköissä.

Syöttämällä COP:n (Cafact of Performance) voit myös seurata sähkönkulutusta kW:na.

COP on suorituskykykerroin ja osoittaa koneen laadun. Mitä korkeampi sen arvo, sitä enemmän kone tarjoaa korkean suorituskyvyn. Toisin sanoen, jos COP on 3.5, jokaista koneen absorboimaa energiakilowattia kohden se toimittaa ympäristöön lämpöenergiaa, joka on 3,5 kW, josta 1 kW kuluttaa sähköä ja 2,5 kW ulkoisesta ympäristöstä.

Lämpöpumppujen energiatehokkuusluokat on ilmoitettu EU-direktiivissä 2002/31 / EY.

Katso: "Lämpöpumpun mitoitus - laskin"

 3 - asentaminen

 LKV tuotanto

Vakio- ja kylmäilmalämpöpumput on suunniteltu toimimaan kylmäaineilla, kuten R410 tai R32 (katso "Kylmäaineen paineen ja lämpötilan suhde") uusimman sukupolven tuotteille. Ne pystyvät tuottamaan kuumaa vettä 55 °C asti ja niitä voidaan käyttää myös kuuman käyttöveden valmistukseen. Alle 60 °C:n lämpötilan vuoksi ne eivät pysty suorittamaan lämpödesinfiointijaksoja, jotka ovat välttämättömiä mahdollisen bakteeripesäkkeiden (legionella) muodostumisen välttämiseksi.

Niitä suositellaan käytettäväksi vain lämmitykseen ja/tai jäähdytykseen (käännettävän koneen tapauksessa), jolloin käyttöveden tuotanto jätetään tietylle itsenäiselle yksikölle, esimerkiksi lämpöpumppuvedenlämmittimelle, joka R134a:n käytön ansiosta kylmäaine pystyy suorittamaan desinfiointijaksot.

Jos toisaalta sinulla on R407C-kylmäaineella toimiva korkean lämpötilan veden tuotantokone (tai tietyllä koneella lämmitykseen ja käyttöveden tuotantoon toisen puristusvaiheen avulla R134a:lla), niin se on mahdollista ja kätevää. ylläpitääkseen kaiken lämmöntuotannon samassa yksikössä.

Lämpövauhtipyörän kerääntyminen

Vaikka lämpöpumppu olisi moduloiva kone, on aina suositeltavaa liittää piiriin lämpökuorman kompensointisäiliö (puskurisäiliö tai lämpövauhtipyörä) seuraavista syistä:

• varmistaa lämpöpumpun optimaaliset käyttöolosuhteet optimoimalla kompressorin pysäytys - käynnistys (on - off) -jaksot ja siitä johtuva kulutuksen aleneminen.

• mahdollistaa kytkennän eri lämmityspiirien välillä.
• se mahdollistaa lämpöpumpun ja järjestelmän välisen hydraulisen irrotuksen, jotta kaksi piiriä voivat toimia sopivimmalla virtaus- ja lämpötilaerolla. Lämpöpumput toimivat yleensä DT = 5 °C:lla, kun taas, riippuen järjestelmän liittimistä, jakelupiiri voisi toimia DT:llä vielä korkeammalla.

Jos kone on varustettu scroll-kompressorilla (päällä - pois), inertiavarastointi on pakollista. Säilytystilavuuden tyypillisen koon saa suoraan "Puskurisäiliön laskeminen”Ja se on vähintään 5.5 litraa per kW lämpöteho, jonka kone pystyy toimittamaan.

 Paisunta-astia

Paisunta-astia on "keuhko", joka on kytketty vesijärjestelmään; kestää tilavuuden vaihtelun, joka johtuu järjestelmän sisällä olevan veden lämmittämisestä/jäähdytyksestä (katso "Veden massa ja tilavuus". Tämä eliminoi epämiellyttävät ongelmat, jotka johtuvat äkillisistä paineen nousuista, kuten: varoventtiilien avautuminen tai liitosten ja jakoputkien rikkoutuminen.

Katso paisuntasäiliön mitoitus ohjelmasta: "Paisuntasäiliön tilavuuden laskeminen".

Katso ohjelmasta, kuinka monta litraa vettä kiertää järjestelmän sisällä: "Järjestelmän vesimäärän laskeminen".

Virtalähde

Järjestelmän sähköosassa, sähkölinjojen suunnittelussa, voit käyttää ohjelmaa: Sähkökaapelien mitoitus - laskin.

Päätä yksivaiheisen vai kolmivaiheisen järjestelmän käyttöönotosta seuraavasta ohjelmasta: Moottoritehojen ja -virtojen laskeminen

• Ilmastointi
• Ilmakanavat
• Ilmanvaihtojärjestelmät
• Autonomiset ilmastointilaitteet
• Psykrometriset kaaviot
• Ilmastointipöydät
• Ilman laatu
• Ilmastointikaaviot ja piirustukset

◄ Takaisin