Zamislite četverokatnu poslovnu zgradu u Guangzhou u srpnju. Opterećenje hlađenja se penje, svaki kat treba hladan zrak, a ipak krov ostaje tih - nema ventilatora kondenzatora koji lupaju. Ono što to čini mogućim je vodena petlja koja se tiho kreće kroz zgradu. Unutar svake prostorije s biljkama na katu, a dizalica topline izvor vode (WSHP) radi isti posao kao klima uređaj, ali s jednom bitnom razlikom: toplinu izmjenjuje s vodom, a ne s vanjskim zrakom.
Izravan odgovor: toplinska pumpa za izvor vode rashladni je stroj koji apsorbira toplinu iz cijevnog kruga vode u načinu grijanja ili odbija toplinu u tu istu petlju u načinu hlađenja. Premješta toplinu s jednog mjesta na drugo umjesto da je stvara. Budući da vodena petlja ostaje na daleko stabilnijoj temperaturi od vanjskog zraka, kompresor radi manje, a jedinica pruža korisnije grijanje ili hlađenje za svaki kilovat električne energije koju potroši.
Kratak odgovor: Kako toplinska pumpa s izvorom vode prenosi toplinu
Sve dizalice topline, uključujući WSHP, rade na istom ciklusu hlađenja u četiri koraka: ispariti, sabiti, kondenzirati, proširiti . U načinu grijanja, hladno tekuće rashladno sredstvo ulazi u izmjenjivač topline na strani vode, apsorbira toplinu iz vode i vrije u paru pod niskim pritiskom. Kompresor uvlači tu paru i podiže joj tlak i temperaturu. Vrući, visokotlačni plin zatim teče do unutarnje zavojnice, gdje se kondenzira natrag u tekućinu i otpušta toplinu u sobni zrak ili u hidraulični sustav grijanja. Toplinski ekspanzijski ventil dozira tekućinu natrag u isparivač i ciklus se ponavlja.
U načinu hlađenja, četverosmjerni preokretni ventil okreće protok. Unutarnja zavojnica postaje isparivač i apsorbira toplinu iz prostorije, dok izmjenjivač topline na strani vode postaje kondenzator i ispušta tu toplinu u vodenu petlju. Rezultat je taj jedan stroj može isporučiti i grijanje i hlađenje koristeći jedan krug vode .
Četiri komponente koje rade
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.
Četverosmjerni povratni ventil
Povratni ventil ono je što toplinsku pumpu razlikuje od običnog klima uređaja. Kada se ventil pomakne, smjer protoka rashladnog sredstva se mijenja, zamjenjujući dužnosti isparivača i kondenzatora. Mali pilot solenoid pomiče glavni kalem. U načinu grijanja, vrući plin se usmjerava prema unutarnjoj izmjenjivaču; u načinu hlađenja, vrući plin se usmjerava u izmjenjivač topline na strani vode.
Izmjenjivač topline rashladno sredstvo-voda
Ovo je mjesto gdje WSHP zaslužuje svoje ime. Umjesto rebraste zavojnice i vanjskog ventilatora, WSHP koristi lemljeni pločasti izmjenjivač topline ili cijevni izmjenjivač topline. Voda teče s jedne strane površine za prijenos topline; s druge strane teče rashladno sredstvo. Budući da voda ima daleko veći koeficijent prijenosa topline od zraka, ovaj izmjenjivač može biti fizički manji od zračne zavojnice dok prenosi istu količinu topline. U većim sustavima vodena strana često je konstrukcija od ljuske i cijevi, u osnovi ista tehnologija kao i shell-i-tube vodom hlađeni kondenzator koristi se u industrijskim rashladnim postrojenjima. Odabir materijala cijevi je bitan: bakrene cijevi standardne su u mnogim komercijalnim jedinicama, dok su cijevi od nehrđajućeg čelika poželjnije za primjenu u agresivnoj ili morskoj vodi.
Proizvođači vodeno hlađenih kondenzatora OEM/ODM serije KCWS, tvornica Kao Kina KCWS serije školjkasto-cijevnih vodeno hlađenih kondenzatora proizvođači i veleprodaja KCWS serije školjkasto-cijevnih vodeno hlađenih kondenzatora... Pogledajte proizvod → Uređaj za proširenje
Između kondenzatora i isparivača, ekspanzijski uređaj — obično termostatski ekspanzijski ventil (TXV) ili elektronički ekspanzijski ventil (EEV) — smanjuje tlak rashladnog sredstva i mjeri točan protok u isparivač. EEV brže reagira na promjene opterećenja i održava pregrijavanje čvršćim, što poboljšava učinkovitost pri djelomičnom opterećenju. To je važno u WSHP sustavu jer se ulazne temperature vode mijenjaju kroz godinu, pa se uređaj za proširenje mora stalno prilagođavati.
Način grijanja i način hlađenja: Isti ciklus u obrnutom smjeru
Način grijanja
U načinu grijanja, vodena petlja je izvor topline. Za većinu komercijalnih dizajna petlje, voda ulazi u jedinicu na oko 50°F do 68°F (10°C do 20°C) . Rashladno sredstvo apsorbira toplinu te vode i isparava. Kompresor zatim podiže plin na dovoljno visoku temperaturu da unutarnja zavojnica može isporučiti topli dovodni zrak — obično 90°F do 105°F (32°C do 40°C). Sve dok petlja ostaje iznad otprilike 45°F (7°C), jedinica može održavati korisno grijanje bez oslanjanja na električnu pomoćnu toplinu.
Način hlađenja
U načinu hlađenja, petlja postaje hladnjak. Voda povratne petlje obično se nalazi između 70°F i 90°F (21°C do 32°C) . Unutarnja zavojnica apsorbira toplinu iz prostorije, kompresor podiže temperaturu rashladnog sredstva znatno iznad temperature vode, a izmjenjivač topline rashladno sredstvo-voda prenosi tu toplinu u petlju. Što je voda u petlji toplija, to kompresor mora raditi jače — zbog čega su kontrola rashladnog tornja i resetiranje temperature vode tako važni dijelovi dobro vođenog WSHP postrojenja.
Zatvorena petlja, otvorena petlja i građevinske petlje: odakle dolazi voda?
WSHP rade s nekoliko izvora vode. Izbor utječe i na učinkovitost i na instaliranu cijenu.
| Vrsta sustava | Izvor vode | Tipična ulazna temperatura vode | Najprikladnije za |
|---|---|---|---|
| Zatvorena petlja uzemljenja | Ukopana HDPE cijev s mješavinom vode i glikola | 32°F do 70°F (0°C do 21°C) po sezoni | Kuće i poslovne zgrade sa zemljištem za bušotine |
| Otvorena petlja (bunarska voda) | Podzemna voda pumpana kroz izmjenjivač topline | 45°F do 60°F (7°C do 16°C) | Imanja s čistom, pouzdanom vodom iz bunara i odobrenim ponovnim ubrizgavanjem ili drenažom |
| Građevinska petlja s kotlovnicom i rashladnim tornjem | Vodena petlja zajedničke zgrade; kotao dodaje toplinu, toranj odbija toplinu | 60°F do 90°F (16°C do 32°C) | Višestanarski uredi, hoteli, zgrade mješovite namjene |
| Jezerska ili riječna petlja | Potopljena zatvorena petlja u otvorenoj vodi | 35°F do 75°F (2°C do 24°C) | Zgrade u blizini dubokih vodenih tijela |
Većina velikih komercijalnih WSHP instalacija koristi zajedničku petlju zgrade. Svaka unutarnja jedinica dovoljno je mala da stane u stropni otvor ili malu prostoriju s biljkama, a sve jedinice crpe iz istog dvocijevnog kruga vode. Kada neke zone trebaju toplinu, dok druge trebaju hlađenje, toplinu koju odbiju zone za hlađenje apsorbiraju zone grijanja — značajka tzv. povrat topline . To može znatno smanjiti istodobnu energiju grijanja i hlađenja, što je jedan od glavnih razloga zašto vlasnici zgrada biraju sustave izvora vode.
Zašto je voda bolja od zraka: WSHP naspram toplinske pumpe sa izvorom topline
Oba sustava koriste isti ciklus kompresije pare. Razlika je u mediju na vanjskoj strani. Zrak mijenja temperaturu s vremenom; voda u zatvorenoj petlji ostaje daleko stabilnija. Ta stabilnost mijenja cjelokupnu sliku performansi.
| Aspekt | WSHP | Toplinska pumpa zrak-izvor (ASHP) |
|---|---|---|
| Izvor topline/sudoper | Vodena petlja, stabilna tijekom cijele godine | Vanjski zrak, ljuljačke s vremenom |
| Performanse grijanja | Razgrađuje se polako kako temperatura petlje pada | COP naglo pada na hladnom vremenu |
| Učinkovitost hlađenja | Stabilan čak i za vrlo vrućih dana | Padovi na temperaturama okoline iznad oko 95°F (35°C) |
| Buka | tiho; nema vanjskog ventilatora | Buka ventilatora vanjskog kondenzatora |
| Prostor | Nema krovne jedinice; soba za unutarnje biljke ili stropna praznina | Potrebna vanjska jedinica i slobodan prostor oko nje |
| Instalacija | Više cijevi; potrebna infrastruktura vodene petlje | Obično je jednostavnije u naknadno opremljenim zgradama |
| Održavanje | Obrada vode, njega pumpe i izmjenjivača | Čišćenje zavojnice i pristup rashladnom sredstvu na otvorenom |
Jer voda ima više od 3000 puta veći od volumetrijskog toplinskog kapaciteta zraka , izmjenjivač topline voda-rashladno sredstvo može biti daleko manji od zračne zavojnice s istim opterećenjem. Za kompresor, važan broj je porast temperature. Ulaskom u vodu na 60°F tijekom zimskog grijanja, kompresor podiže rashladno sredstvo s oko 50°F na 100°F — povećanje od 50°F. Jedinica izvora zraka na hladnom vremenu možda će morati podići rashladno sredstvo s -10°F na 100°F — podizanje od 110°F. Otprilike polovica dizanja znači otprilike dvostruko COP grijanja. Taj fizički odnos pravi je razlog zašto sustavi izvora vode daju bolju sezonsku učinkovitost. Da biste vidjeli dokle se isti princip proteže, pogledajte kompletan asortiman kondenzatora i isparivača koristi se u modernim hidrotehničkim postrojenjima.
Učinkovitost u brojkama: COP, EER i što očekivati
COP (koeficijent učinka) je omjer korisnog grijanja ili hlađenja i električne energije. COP od 4,0 u grijanju znači da za svaki 1 kW električne energije koju kompresor potroši, jedinica isporučuje 4 kW topline. EER (omjer energetske učinkovitosti) je ekvivalent hlađenja, obično izražen u Btu po watt-satu.
Što kupac realno može očekivati od modernog WSHP-a?
- COP grijanja između 3,5 i 5,5 za većinu sustava izvora vode, ovisno o temperaturi ulazne vode.
- Hlađenje EER između 14 i 22 Btu/W-h u tipičnim trgovačkim petljama.
- Bolja izvedba pri djelomičnom opterećenju, jer kompresor manje modulira ili ciklusira pod blagim uvjetima.
- Ministarstvo energetike SAD-a izvješćuje da geotermalne dizalice topline i dizalice topline voda-zrak mogu smanjiti potrošnju energije za oko 25 do 50 posto u usporedbi s dizalicama topline zrak-izvor u sličnim zgradama (izvor: Ministarstvo energetike SAD-a, pregled geotermalnih dizalica topline).
| Unos temperature vode (način grijanja) | Tipični COP raspon |
|---|---|
| 50°F (10°C) | 4.2 do 5.5 |
| 60°F (16°C) | 4,0 do 5,0 |
| 70°F (21°C) | 3,5 do 4,2 |
Obratite pažnju na trend: hladnija voda u petlji znači niži COP, zbog čega petlje u zemlji i bunarska voda — koje zimi ostaju toplije od vanjskog zraka — proizvode bolju zimsku učinkovitost od opreme za izvor zraka.
Pet razmatranja dizajna koja odlučuju o performansama u stvarnom svijetu
- Brzina protoka vode. Svaka jedinica treba dovoljno protoka za prijenos topline bez pretjerane energije pumpe. Komercijalne jedinice izvora vode obično se navode na 2,5 do 3 američka galona po minuti po toni hlađenja ; veći sustavi koriste manje protoke s većim temperaturnim razlikama.
- Temperaturni raspon ulazne vode. Održavajte temperaturu petlje unutar ograničenja proizvođača — obično 50°F do 95°F (10°C do 35°C) u hlađenju and 45°F do 75°F (7°C do 24°C) u grijanju — za zaštitu kompresora i održavanje valjanosti ocjena kapaciteta.
- Kvaliteta vode i onečišćenje. Pločasti izmjenjivači topline imaju uske kanale; krhotine, kamenac ili biološki rast mogu brzo smanjiti prijenos topline i povisiti tlak kondenzacije. Koristite cjedila, tretman vode i — za agresivnu vodu — izmjenjivače topline od nehrđajućeg čelika.
- Zaštita od smrzavanja. Petlje za uzemljenje trebaju mješavinu vode i glikola; građevinske petlje u negrijanim prostorima trebaju antifriz, grijanje ili pouzdan postupak odvodnje.
- Ponovno postavljanje temperature petlje. Kontrolirajte temperaturu petlje na temelju vanjskih uvjeta i zahtjeva zone. Podizanje temperature kruga u hlađenju ili blago snižavanje u grijanju smanjuje dizanje kompresora i smanjuje potrošnju energije u cijelom postrojenju.
Usklađivanje vodene petlje s pravom rashladnom opremom
Toplinska pumpa za vodu jedan je od elemenata većeg hidrauličkog rashladnog sustava. Isti inženjerski principi — pouzdana kompresija, čista izmjena topline na strani vode i stabilna kontrola rashladnog sredstva — primjenjuju se na ostatak postrojenja. Za projektne timove koji sastavljaju vlastito rješenje za proizvodne prostorije, izbor kondenzatora, rashladnika i kondenzacijske jedinice odlučuje hoće li petlja doista postići svoju projektiranu učinkovitost.
Sa strane hlađenja, pakirano vodeno hlađeni hladnjak je standardni način uklanjanja topline iz petlje kada zgrada ima rashladni toranj. Što se tiče izmjene topline, vodeno hlađeni kondenzator u obliku oplate i cijevi prenosi toplinu između rashladnog sredstva i vode preko velike površine koja se lako čisti. U postrojenjima s isparivačima koji se napajaju pumpom, a barrel pump kondenzacijska jedinica osigurava recirkulaciju potrebnu za održavanje stabilnosti opskrbe rashladnim sredstvom pod različitim opterećenjima.
OEM/ODM KTB bačvasta pumpa Proizvođači kondenzacijskih jedinica, tvornica - Zhejiang Kaidi Kao proizvođači kondenzacijskih jedinica KTB bačvaste pumpe u Kini i veleprodajna tvornica kondenzacijskih jedinica KTB bačvaste pumpe oem/odm, Zhejiang Kaidi Re... Pogledajte proizvod → 
Dobavljač hladnjaka s vodenim hlađenjem po narudžbi, tvrtka Zhejiang Kaidi Refrigeration Equipment Co., Ltd. dobavljač je vodeno hlađenih rashladnih uređaja u Kini i prilagođenih vodeno hlađenih rashladnih uređaja, nudi rješenje... Pogledajte proizvod → Ako projektirate hladnjaču ili postrojenje za procesno hlađenje, ista logika odabira vrijedi i kada odabir kondenzacijske jedinice za aplikacije u hladnjačama . Također morate uskladiti opremu s temperaturnim rasponom petlje, kvalitetom vode i očekivanim profilom djelomičnog opterećenja — i isplati se razgovarajući o tim parametrima s inženjerom aplikacija prije nego što finalizirate paket.
Praktičan zaključak: WSHP je jednako učinkovit kao i ostatak hidrauličkog postrojenja. Prevelike pumpe, netretirana voda ili premali rashladni toranj brzo će smanjiti COP prednost. Počnite s dizajnom petlje, zatim odaberite kompresor i paket izmjenjivača topline oko njega.
Često postavljana pitanja o toplinskim pumpama za vodu
Rade li toplinske crpke s izvorom vode u hladnim klimatskim uvjetima?
Da. U načinu grijanja, jedinica voda-zrak još uvijek može isporučiti COP od 3,0 ili bolji s ulaznom vodom na 40°F (4°C), što je daleko iznad zimskih temperatura zraka u većini hladnih regija. Razlog zbog kojeg radi u Harbinu, Minneapolisu ili Oslu je jednostavan: petlja je zakopana pod zemljom ili izvučena iz podzemnih voda, tako da zimske temperature zraka nikada ne dodiruju izvor topline.
Je li dizalica topline na vodu isto što i geotermalna dizalica topline?
Ne baš. Geotermalna toplinska pumpa ili dizalica topline iz tla jedna je vrsta sustava izvora vode. Kao izvor topline i ponor koristi zatvorenu petlju uzemljenja ili vodu iz bunara. Ali mnogi WSHP-ovi rade na petlji zgrade s rashladnim tornjem i bojlerom - bez ikakvog priključka na uzemljenje. Sve geotermalne dizalice topline su sustavi izvora vode; nisu sve toplinske crpke s izvorom vode geotermalne.
Može li jedna vodena petlja grijati i hladiti različite zone u isto vrijeme?
Da, i to je jedna od najvećih prednosti WSHP sustava. Svaka unutarnja jedinica samostalno odlučuje hoće li grijati ili hladiti. Kada jedan ured treba hlađenje, a drugi grijanje, petlja prenosi toplinu s jednog na drugi, a kotao i rashladni toranj samo čine razliku.
Kakvo održavanje treba toplinska pumpa za vodu?
Tri su područja važna: kvaliteta vode, punjenje rashladnog sredstva i čistoća zraka. Petlji je potrebno redovito filtriranje i obrada vode kako bi se spriječilo onečišćenje u pločastim ili cijevnim izmjenjivačima topline; površine izmjenjivača topline treba pregledati jednom godišnje; a unutarnji konvektori i filtri trebaju isti raspored čišćenja kao i bilo koja jedinica ventilokonvektora. Budući da nema vanjskog ventilatora kondenzatora, uobičajeni problemi s korozijom i krhotinama vanjskih jedinica uglavnom nestaju.
Koliko dugo traje toplinska pumpa za vodu?
S pravilnom obradom vode obično služi kvalitetan komercijalni WSHP 20 do 25 godina , a sama vodena petlja može trajati 50 ili više godina. Krug rashladnog sredstva je zabrtvljen, a kompresor je zaštićen stabilnom temperaturom petlje — za razliku od krovnih jedinica koje trpe ekstremne toplinske cikluse. Mnogi vlasnici smatraju da je smještaj opreme u zatvorenom prostoru prava životna prednost: nikada ne vidi snijeg, sol ili ljetno sunce.
Kako mogu izabrati između voda-voda i voda-zrak?
Jedinice voda-zrak najčešće su u poslovnim zgradama jer klimatiziraju nastanjene prostore izravno kroz kanale. Jedinice voda-voda koriste se kada zgrada ima hidrauličku distribuciju — podno grijanje, rashlađeni stropovi ili procesno hlađenje vode — jer proizvode zagrijanu ili ohlađenu vodu umjesto toplog zraka. Za industrijske procese poput laserskog hlađenja ili obrade hrane, voda-voda obično je ispravna arhitektura.
Suština
Toplinska pumpa za vodu jednostavno je rashladni stroj koji koristi vodenu petlju kao izvor topline i sudoper. Komponente su konvencionalne, ciklus je standardni ciklus kompresije pare, a prednost učinkovitosti gotovo u potpunosti dolazi od stabilnosti temperature vode. Bilo da projektirate uredski toranj od 40 katova, skladište hladnjače ili sustav za procesno hlađenje, WSHP koncept je isti — a izbor opreme na strani vode, od pločastih izmjenjivača topline do cijevnih kondenzatora, odlučuje koliko će se taj koncept ponašati u stvarnom radu.
