有关如何设计热泵的一般说明，以及完整且功能良好的软件的参考。对于那些必须选择机器类型及其正确尺寸的人来说，这是非常有帮助的。
设计热泵是一个令人着迷的过程，它结合了科学、工程和实践知识，创造出一个高效的系统，能够利用周围环境的热资源来加热或冷却生活空间。 Itieffe 创建的本指南旨在对热工程和能源效率领域的这一关键主题提供完整而深入的概述。
热泵代表了建筑物供暖和制冷的可持续解决方案，因为它们使用最少量的电力将热量从冷源传递到热源，反之亦然。 这种创新方法不仅降低了能源成本，还通过减少与传统供暖和制冷系统相关的温室气体排放来帮助减轻对环境的影响。
本指南的目的
本指南由 Itieffe 创建，旨在为有兴趣深入了解热泵设计的基本和高级原理的工程师、设计师、学生和行业爱好者提供参考。
我们将首先概述其运行所需的主要功能和组件。
热泵的设计是一个多学科的过程，需要热力学、流体动力学、电气工程等方面的专业知识。 然而，有了正确的知识和适当的指导，就有可能有效和可持续地应对这一挑战。
我希望本指南为您提供坚实的基础，让您充满信心并成功地理解和处理热泵设计。 在迷人且日益相关的热泵世界中，祝您阅读愉快，工作顺利。
热泵的工作原理以及尺寸
想回顾一下技术：“热泵”，我们注意到，终于在意大利，所有的技术人员都开始以 W 或 kW 为单位进行计算。
BTU（英制热量单位）终于消失了，这就是必须看到的，在我们的系统（SI）中，计算严格以 W（或 kW）为单位。
什么是热泵
热泵是一种由封闭回路组成的机器，制冷剂气体在该回路中循环，能够从一个环境中吸收热量以将其传递到另一个环境。 通过蒸发和冷凝的潜热以及压缩机的作用（请记住，没有产生冷的机器，只有那些减少热量的机器）。
在夏天，它通过蒸发器从室内提取热量，并通过冷凝器将其转移到室外，从而降低温度。
在冬天情况相反，蒸发器变成冷凝器，反之亦然，通过阀门（四通），因此将减少来自外部的热量，这些热量将释放到环境中，导致温度升高（见： 制冷电路 - 基础知识).
性能系数
这种能量转移导致热泵将系统使用的电能倍增，从而导致性能系数（COP - 性能系数）大于一。
由于其高 COP，因此该技术是能够协调成本、能源消耗和环境可持续性的理想解决方案。 机器吸收的每 kW 向环境提供约 3,5（COP 等于 3,5）。
- 压缩机
- 电容器
- 蒸发器
- 膨胀阀（层压机）
- 四通阀
四通阀使蒸发器和冷凝器互换角色，使冷凝器在冬天被放置在环境中，给它蒸发器从外部带走的热量。 相反，在夏季，如果蒸发器带走环境内部的热量，则冷凝器会将热量释放到外部。
有几种热泵在流体交换方式上彼此不同。
1 - 空气-水热泵
这是国内用户最常见的。 作为能源，使用外部空气。 蒸发器从外部空气中吸收的热量传递给加热回路中的水。
常规系统运行的最佳外部温度不应低于 2 ÷ 4 °C。
低于此温度，您会注意到机器性能的变化与温度本身成正比。 外部温度越低，机器提供的性能就越差。
- 热泵
- 水力套件
- 家用热水箱
- 辐射地板
- 散热器
这种类型的机器由制造商提供各种配置。
在工厂层面，有一体式和分体式型号，也可以提供集成存储。 最常用的机器配置是分体式，因为它配备了一个可以安装在家中墙壁上的水力模块，它可以最大限度地减少外部部件。
在性能方面，有标准型号，适用于恶劣气候和高温水。
2 - 水-水热泵
水被用作能源。 可以使用来自井或地下水的一种。
水全年保持稳定的温度（其温度始终远高于4°C）。
这涉及在任何季节保持机器的出色运行性能。
- 含水层（或井）
- 热泵
3 - 地热热泵
另一个热交换系统是地热探头。 即使在冬天，大地也有自己的温暖。
使用放置在深处的地热探头，可以捕获这种热量，然后将其转移到加热回路的水中（显然是通过热泵）。
- 辐射地板
- 储存罐
- 热泵
- 地热探头
选择哪辆车
要选择最适合您需求的机器，必须考虑以下评估：类型、配置、尺寸和安装。
1 - 类型学
选择最适合您需要的机器类型更多地取决于它必须运行的温度，即加热电路系统端子所需的输送温度。
市场上有在低温或高温下运行的机器。 可以根据以下方案进行选择：
1 - 散热器 2 - 风机盘管 3 - 辐射系统
工作温度 65°C 工作温度 50°C 工作温度 35°C
高温机器 标准机器或寒冷气候 标准机器或寒冷气候
高温机
可以在配备工作温度约为 65°C 的散热器的家庭中代替锅炉使用。 它们允许保持分配和系统终端不变。 这些机器能够生产高达 65°C 的热水。 达到的 COP 相当高。 它们可以在低至 -15°C 的外部空气温度下运行。
标准机器
可用于新安装和低能耗家庭。 它们能够产生高达 55°C 的热水，达到高 COP 值。
虽然能够在外部空气温度低至 -20°C 的情况下产生热量，但在严格设计温度的情况下，必须检查性能，因为低于 2°C 这些机器的实际输出功率性能会显着下降。
寒冷气候机器
可以在非常寒冷的环境中使用。 它们是确保即使在非常低的温度下也能保持加热能力的理想选择。
这些机器能够在外部气温低至 -28°C 的情况下产生热量。
外部温度为 -20 °C，无需额外的电过热器即可保持实际输送的功率恒定。
2 - 配置
为了满足所有工厂工程和安装需求，热泵采用不同的配置生产：整体式、分体式和塔式，也称为“一体式”。
- 单块：
它是最简单且侵入性最小的安装。 它是一个必须安装在屋外的单一装置，它不需要在气路中创建连接，因此已经完成并由制造商测试，便于安装。
需要考虑的一个缺点是必须连接住宅外的热水输送管和回流管。 在冬季，必须采取预防措施，避免机器不工作时结冰。
也可以使用加热电缆，但实际上会降低机器的性能，因为它们会增加家庭的电力消耗。
- 分裂：
它是可用的最广泛的。 配备一个压缩机安装在室外，一个水力模块安装在室内。
内部循环模块包含制冷剂的冷凝部分和热水的输送，因此它不会产生任何噪音，因为它没有压缩机。
尺寸也减小了，允许安装在以前被锅炉占用的空间中。 但是，在这种情况下，安装人员必须在室内机和室外机之间建立制冷回路的流动和回流连接。
A - 热泵冷凝机组
B - 水力模块
1 ÷ 2 - 制冷剂气体流量 - 回流管
3 - 系统和用户热水输送管（冬季）
4 - 系统和用户热水回水管（冬季）
要完成这两个系统，市场上有完整的解决方案：冷凝机组、水力模块、热飞轮（请参阅如何计算 缓冲罐) 和生活热水储水箱 (DHW)。
该解决方案可显着节省实施时间，并降低安装错误的可能性。
3 - 尺寸
机器应该有什么尺寸
计算额定热量输出
热泵必须重新整合复合体分散的热能，以保持内部温度恒定。
下面介绍了三种方法，它们可以帮助计算最适合个人需求的机器尺寸，即使是那些并不真正从事该行业的人。
1 - 第一种方法
必须有精确的数据才能进行计算。
它从冬季空调的年度热能需求开始。
- ETH - 冬季空调的年度热能需求：在采暖季节，冬季空调所需的热能。 可在能源性能证书 (APE) 中找到。
- S - 可用表面：建筑物的隔断和外墙网的加热房间的净可步行表面，包括门的门槛和系统终端下方的空间。 在房屋项目数据中可用。
- gg - 度日：根据当地气候区确定的冬季供暖期，内部温度与外部温度相比，通常设置为 20°C 的仅正差之和。 可在第 412/93 号总统令的附件 A 和后续修订版中找到（见 气候带 e 指示性国家数据).
- T美东时间 - 设计外部温度（T2)：在任何情况下，热发生器提供热能时足以保证内部温度保持稳定的最低外部温度。 数据可通过查阅 UNI 5364 标准和后续修订版或 UNI 10339 标准（参见 外部项目温度).
- h - 每日运行时间：加热系统的最大每日运行时间（见 气候带).
获得这些数据后，可以使用以下公式计算机器的标称热输出：
在哪里：
Ptn = 机器的标称热量输出，以 kW 为单位
ETH = 冬季空调的年热能需求
S = 可用表面，单位为 m2
T1 =内部温度°C
T2 = 室外温度° C
gg = 度日
h = 每天的工作时间。
让我们举个例子
- 国家 = 罗马（气候带 D）
- 度日 = 1415
- 设计外部温度=0°C
- 有用表面 = 90 m2
- 以太币 = 75
- h = 12
应用公式：
因此机器的标称有用功率等于 7,95 kW
让我们再举一个例子：
- 国家 = 米兰（气候带 E）
- 度日 = 2404
- 设计外部温度=-5°C
- 有用表面 = 90 m2
- 以太币 = 75
- h = 16
应用公式：
尽管对某些人来说可能看起来很奇怪，但分析数据时注意到，在两个温度不同的城市，热泵必须使用的热功率来维持相同类型环境的最佳温度值，在罗马等于7,95 , 4,39 kW，而在米兰则等于 XNUMX kW。
查看： ”热泵选型 - 方法“
2 - 第二种方法
考虑到燃气账单中显示的消耗数据，可以计算冬季空调 (ETH) 的年度热能需求。
要执行此操作，必须至少连续 4 年提供天然气消耗量，以获得可靠的平均消耗量。
可以应用以下公式：
在哪里：
ETH = 冬季空调的年热能需求
C = 以 sm 表示的气体消耗量3 （标准立方米）
Q = 每 sm 获得的功率3 （标准立方米）气体（甲烷为 9,6 kWh，LPG 为 24,5 kWh）。
- 注意：液化石油气通常以升为单位购买。 它的发热量较低，为 12.790 W / kg - 6.500 W / liter 和 24.500 W / sm3
η = 锅炉效率（0,82 开放室 - 0,86 密封室 - 0,97 冷凝）。
N = 是生活热水消费的用户数
500 = 用于生产 DHW（生活热水）的年人均能耗，以千瓦时表示
S = 有用表面：建筑物供暖房间的净可步行表面。
让我们举个例子
C = 833 平方米3
Q = 10,5 千瓦/小时
h = 0,97
N = 4 人
DHW = 消耗 500 kW / h
S = 90 米2
应用公式：
通过以这种方式计算的 ETH 值，可以使用以前的方法返回到标称热输出 (P.tn) 以千瓦表示的机器。
查看： ”热泵选型 - 方法“
3 - 第三种方法
考虑环境因素的方法，给出每个单一环境所需的热要求作为答案。
比以前的方法更昂贵，但在我们看来，这是最可靠的方法，并且非常表明每个单一环境的热量需求都不同。
缩短房间供暖时间，先达到设定速度，但这显然会带来更大的负担。
必须在每个单元格中输入请求的值。 需要输入每个单间的宽度、长度和高度的实际尺寸，主要暴露，建筑类型，外部温度。 可以以指定的测量单位请求结果。
通过输入 COP（性能系数），还可以跟踪以 kW 为单位的电力消耗。
COP 是性能系数，表示机器的质量。 它的值越高，机器提供的高性能就越多。 换句话说，如果COP等于3.5，那么机器每吸收一千瓦的能量，它将为环境提供等于3,5千瓦的热能，其中消耗1千瓦的电能，从外部环境获取2,5千瓦的热能。
欧洲指令 2002/31 / EC 中规定了热泵的能效等级。
查看： ”热泵选型 - 计算器“
3 - 安装
生活热水生产
标准和寒冷气候热泵设计用于使用 R410 或 R32 等制冷剂（请参阅“制冷剂温度压力比“) 对于最新一代的。 它们能够生产高达 55°C 的热水，也可用于生产生活热水。 由于温度低于 60°C，它们无法进行必要的热消毒循环，以避免可能形成细菌菌落（军团菌）。
建议仅将它们用于加热和/或冷却（在可逆机器的情况下），将 DHW 的生产留给更具体的独立单元，例如热泵热水器，由于使用 R134a制冷剂能够进行消毒循环。
另一方面，如果您有一台使用 R407C 制冷剂生产高温水的机器（或使用带有 R134a 的第二压缩级用于加热和 DHW 生产的特定机器），那么它是可能且方便的保持所有热量的产生。在同一单元内。
热飞轮积聚
即使热泵是调制机，也始终建议在电路中插入热负荷补偿储罐（缓冲罐或热飞轮），原因如下：
- 通过优化压缩机停止 - 启动（开 - 关）循环，从而降低消耗，确保热泵的最佳运行条件。
- 允许不同加热回路之间的连接。
- 它允许热泵和系统之间的液压解耦，以便两个回路可以在最合适的流量和温差下运行。 热泵通常在 DT = 5°C 下运行，而根据系统终端的存在，分配电路可以在 DT 更高的情况下运行。
如果机器配备涡旋压缩机（开-关），惯性存储是强制性的。 存储卷的典型大小可以直接从“惯性坦克计算”并且机器可以提供的每千瓦热量输出至少为 5.5 升。
膨胀船
膨胀容器是与水系统相连的“肺”； 用于承受系统内水的加热/冷却引起的体积变化（参见“水的质量和体积”。 这消除了由于压力突然增加而引起的不愉快问题，例如：安全阀打开或接头和分配管断裂。
要确定膨胀容器的尺寸，请参阅程序：“膨胀容器体积的计算“。
要找出系统内循环的水升数，请参阅程序："系统水量的计算“。
菜
对于系统的电气部分，要设计电源线，可以使用以下程序： 电缆尺寸-计算器.
决定采用单相还是三相系统，参考以下方案： 功率和电机电流的计算