Imaginează-ți o clădire de birouri cu patru etaje în Guangzhou în iulie. Sarcina de răcire urcă, fiecare etaj are nevoie de aer rece și, totuși, acoperișul rămâne liniștit - fără ventilatoare condensatoare. Ceea ce face posibil acest lucru este o buclă de apă care se mișcă liniștit prin clădire. În interiorul fiecărei încăperi de fabrică de etaj, a pompa de caldura pentru sursa de apa (WSHP) face aceeași activitate ca un aparat de aer condiționat, dar cu o diferență crucială: schimbă căldură cu apa, nu cu aerul exterior.
Raspunsul direct: o pompă de căldură cu sursă de apă este o mașină de refrigerare care absoarbe căldură dintr-o buclă de apă conductă în modul de încălzire sau respinge căldura în aceeași buclă în modul de răcire. Mută căldura dintr-un loc în altul în loc să o creeze. Deoarece bucla de apă rămâne la o temperatură mult mai stabilă decât aerul exterior, compresorul lucrează mai puțin, iar unitatea oferă o încălzire sau răcire mai utilă pentru fiecare kilowatt de energie electrică pe care îl consumă.
Răspunsul scurt: Cum o pompă de căldură cu sursă de apă mută căldura
Toate pompele de căldură, inclusiv WSHP, funcționează pe același ciclu de refrigerare în patru pași: se evaporă, se comprimă, se condensează, se extinde . În modul de încălzire, agentul frigorific lichid rece intră în schimbătorul de căldură din partea apei, absoarbe căldura din apă și fierbe într-un vapori de joasă presiune. Compresorul trage acei vapori și îi crește presiunea și temperatura. Gazul fierbinte, de înaltă presiune, curge apoi în serpentina interioară, unde se condensează înapoi în lichid și eliberează căldură în aerul camerei sau într-un sistem de încălzire hidronic. O supapă de expansiune termică măsoară lichidul înapoi în evaporator, iar ciclul se repetă.
În modul de răcire, o supapă de inversare cu patru căi inversează fluxul. Bateriea interioară devine evaporator și absoarbe căldură din încăpere, în timp ce schimbătorul de căldură din partea apei devine condensator și aruncă această căldură în bucla de apă. Rezultatul este că o mașină poate furniza atât încălzire, cât și răcire folosind un singur circuit de apă .
Cele patru componente care fac treaba
Compresorul
Compresorul 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.
Supapa de inversare cu patru căi
Supapa de inversare este ceea ce face o pompă de căldură diferită de un aparat de aer condiționat obișnuit. Când supapa se schimbă, direcția fluxului de agent frigorific se inversează, schimbând sarcinile evaporatorului și condensatorului. Un mic pilot cu solenoid mută bobina principală. În modul de încălzire, gazul fierbinte este direcționat către serpentina interioară; în modul de răcire, gazul fierbinte este direcționat către schimbătorul de căldură de pe partea apei.
Schimbătorul de căldură agent frigorific-apă
Aici își câștigă numele WSHP. În loc de o bobină cu aripioare și un ventilator de exterior, WSHP folosește un schimbător de căldură cu plăci brazate sau un schimbător de căldură cu carcasă și tub. Apa curge pe o parte a suprafeței de transfer de căldură; agentul frigorific curge pe de altă parte. Deoarece apa are un coeficient de transfer de căldură mult mai mare decât aerul, acest schimbător poate fi fizic mai mic decât o bobină de aer în timp ce mișcă aceeași cantitate de căldură. În sistemele mai mari, partea de apă este adesea o construcție din carcasă și tub, în esență aceeași tehnologie ca și condensator răcit cu apă cu carcasă și tub utilizat în instalațiile frigorifice industriale. Alegerea materialului tubului contează: tuburile de cupru sunt stşiard în multe unități comerciale, în timp ce tuburile din oțel inoxidabil sunt preferate pentru aplicații agresive sau cu apă de mare.
OEM/ODM KCWS seria Shell și tuburi Condensator răcit cu apă Producători, fabrică În calitate de producători de condensatoare răcite cu apă din seria KCWS din seria KCWS și din seria KCWS cu ridicata al condensatorului răcit cu apă... Vizualizare produs → Dispozitivul de expansiune
Între condensator și evaporator, dispozitivul de expansiune - de obicei o supapă de expansiune termostatică (TXV) sau o supapă de expansiune electronică (EEV) - scade presiunea agentului frigorific și măsoară debitul corect în evaporator. Un EEV răspunde mai rapid la schimbările de sarcină și menține supraîncălzirea mai strânsă, ceea ce îmbunătățește eficiența la sarcină parțială. Acest lucru contează într-un sistem WSHP, deoarece temperaturile apei de intrare se schimbă de-a lungul anului, astfel încât dispozitivul de expansiune trebuie să se adapteze continuu.
Modul de încălzire și modul de răcire: același ciclu în sens invers
Modul de încălzire
În modul de încălzire, bucla de apă este sursa de căldură. Pentru majoritatea modelelor comerciale de bucle, apa intră în unitate în jur 50°F până la 68°F (10°C până la 20°C) . Agentul frigorific absoarbe căldura din apa respectivă și se evaporă. Compresorul ridică apoi gazul la o temperatură suficient de mare pentru ca serpentina interioară să furnizeze aer cald de alimentare – de obicei între 90°F și 105°F (32°C până la 40°C). Atâta timp cât bucla rămâne peste aproximativ 45 ° F (7 ° C), unitatea poate menține încălzirea utilă fără a se baza pe căldura electrică de rezervă.
Modul de răcire
În modul de răcire, bucla devine un radiator. Apa de retur se află de obicei între 70°F și 90°F (21°C până la 32°C) . Bobina interioară absoarbe căldura din cameră, compresorul ridică temperatura agentului frigorific mult peste temperatura apei, iar schimbătorul de căldură agent frigorific-apă transferă această căldură în buclă. Cu cât apa din buclă este mai caldă, cu atât compresorul trebuie să funcționeze mai greu - de aceea controlul turnului de răcire și resetarea temperaturii apei sunt părți atât de importante ale unei instalații WSHP bine conduse.
Bucle închise, bucle deschise și bucle de construcție: de unde vine apa?
WSHP-urile lucrează cu mai multe surse de apă. Alegerea afectează atât eficiența, cât și costul instalat.
| Tip de sistem | Sursa de apa | Temperatura tipică a apei de intrare | Cel mai potrivit pentru |
|---|---|---|---|
| Buclă de pământ închisă | Teava HDPE ingropata cu amestec apa-glicol | 32°F până la 70°F (0°C până la 21°C) în funcție de sezon | Locuinte si cladiri comerciale cu teren pentru foraje |
| Bucla deschisă (apă de puț) | Apa subterană pompată prin schimbătorul de căldură | 45°F până la 60°F (7°C până la 16°C) | Proprietăți cu apă de puț curată, fiabilă și reinjectare sau drenaj aprobat |
| Bucla de clădire cu boiler și turn de răcire | Bucla de apă comună a clădirii; centrala adaugă căldură, turnul respinge căldura | 60°F până la 90°F (16°C până la 32°C) | Birouri multi-chiriași, hoteluri, clădiri cu utilizare mixtă |
| Bucla de lac sau râu | Buclă închisă scufundată în apă deschisă | 35°F până la 75°F (2°C până la 24°C) | Clădiri în apropierea corpurilor de apă adâncă |
Majoritatea instalațiilor comerciale mari WSHP folosesc o buclă de clădire partajată. Fiecare unitate interioară este suficient de mică pentru a se potrivi într-un gol din tavan sau într-o cameră mică a fabricii, iar toate unitățile se aduc din același circuit de apă cu două conducte. Când unele zone au nevoie de căldură, în timp ce altele au nevoie de răcire, căldura respinsă de zonele de răcire este absorbită de zonele de încălzire - o caracteristică numită recuperarea căldurii . Acest lucru poate reduce energia de încălzire și răcire simultană cu o marjă largă, care este unul dintre principalele motive pentru care proprietarii de clădiri aleg sistemele cu sursă de apă.
De ce apa bate aerul: WSHP vs pompa de caldura cu sursa de aer
Ambele sisteme folosesc același ciclu de compresie a vaporilor. Diferența este mediul pe partea exterioară. Aerul își schimbă temperatura odată cu vremea; apa într-o buclă închisă rămâne mult mai stabilă. Această stabilitate schimbă întreaga imagine a performanței.
| Aspect | WSHP | Pompă de căldură cu sursă de aer (ASHP) |
|---|---|---|
| Sursă de căldură/chiuvetă | Bucla de apă, stabilă pe tot parcursul anului | Aer exterior, leagăne cu vremea |
| Performanță de încălzire | Se degradează lent pe măsură ce temperatura buclei scade | COP scade brusc pe vreme înghețată |
| Performanță de răcire | Stabil chiar și în zilele foarte călduroase | Scade la temperaturi ambientale peste aproximativ 95°F (35°C) |
| Zgomot | Liniste; fara ventilator exterior | Zgomotul ventilatorului condensatorului exterior |
| Spațiu | Fără unitate pe acoperiș; încăpere interioară cu plante sau gol în tavan | Necesita unitate exterioară și spațiu liber în jurul acesteia |
| Instalare | Mai multe conducte; este necesară infrastructura buclei de apă | De obicei, mai simplu în clădirile de modernizare |
| Întreținere | Tratarea apei, îngrijirea pompei și schimbătorului | Curățarea bateriei și accesul la agent frigorific în exterior |
Pentru că apa are de peste 3.000 de ori capacitatea de căldură volumetrică a aerului , un schimbător de căldură apă-refrigerant poate fi mult mai mic decât o bobină de aer cu aceeași sarcină. Pentru compresor, numărul important este creșterea temperaturii. La intrarea în apă la 60°F în timpul încălzirii de iarnă, compresorul crește agentul frigorific de la aproximativ 50°F la 100°F - o creștere de 50°F. O unitate cu sursă de aer pe vreme înghețată poate avea nevoie să crească agentul frigorific de la -10°F la 100°F - o creștere de 110°F. Aproximativ jumătate din lift înseamnă aproximativ dublu COP de încălzire. Această relație fizică este adevăratul motiv pentru care sistemele cu sursă de apă oferă o eficiență sezonieră mai bună. Pentru a vedea cât de departe se extinde același principiu, uitați-vă la gamă completă de condensatoare și evaporatoare utilizat în instalaţiile hidronice moderne.
Eficiență în cifre: COP, EER și la ce să vă așteptați
COP (coeficientul de performanță) este raportul dintre încălzirea sau răcirea utilă și aportul electric. Un COP de 4,0 în încălzire înseamnă că pentru fiecare 1 kW de energie electrică consumată de compresor, unitatea furnizează 4 kW de căldură. EER (raportul de eficiență energetică) este echivalentul de răcire, exprimat în mod normal în Btu pe watt-oră.
La ce se poate aștepta un cumpărător în mod realist de la un WSHP modern?
- Încălzire COP între 3,5 și 5,5 pentru majoritatea sistemelor cu sursă de apă, în funcție de temperatura apei de intrare.
- EER de răcire între 14 și 22 Btu/W-h în bucle comerciale tipice.
- Performanță mai bună la sarcină parțială, deoarece compresorul modulează sau ciclează mai puțin în condiții blânde.
- Departamentul de Energie al SUA raportează că pompele de căldură geotermale și apă-aer pot reduce consumul de energie cu aproximativ 25 până la 50 la sută comparativ cu pompele de căldură cu sursă de aer din clădiri similare (sursa: Departamentul de Energie al SUA, prezentare generală a pompelor de căldură geotermale).
| Introducerea temperaturii apei (modul de încălzire) | Interval COP tipic |
|---|---|
| 50°F (10°C) | 4.2 până la 5.5 |
| 60°F (16°C) | 4,0 până la 5,0 |
| 70°F (21°C) | 3,5 până la 4,2 |
Rețineți tendința: apa mai rece în buclă înseamnă un COP mai mic, motiv pentru care buclele de sol și apa de puț - care rămân mai calde iarna decât aerul din exterior - produc o eficiență mai bună în timpul iernii decât echipamentele cu sursă de aer.
Cinci considerente de design care decid performanța în lumea reală
- Debitul apei. Fiecare unitate are nevoie de suficient debit pentru a transporta căldură fără energie excesivă a pompei. Unitățile comerciale cu sursă de apă sunt de obicei specificate la 2,5 până la 3 galoane SUA pe minut per tonă de răcire ; sistemele mai mari folosesc debite mai mici cu diferențe de temperatură mai mari.
- Se introduce intervalul de temperatură a apei. Mențineți temperaturile buclei în limitele producătorului - de obicei 50°F până la 95°F (10°C până la 35°C) la răcire and 45°F până la 75°F (7°C până la 24°C) la încălzire — pentru a proteja compresorul și pentru a menține valorile de capacitate valabile.
- Calitatea apei și murdăria. Schimbătoarele de căldură cu plăci au canale înguste; resturile, scara sau creșterea biologică pot reduce rapid transferul de căldură și pot crește presiunea de condensare. Utilizați filtre, tratarea apei și — pentru apă agresivă — schimbătoare de căldură din oțel inoxidabil.
- Protecție împotriva înghețului. Buclele de pământ au nevoie de un amestec apă-glicol; Buclele de construcție în spații neîncălzite au nevoie de antigel, de urmărire a căldurii sau de o procedură fiabilă de scurgere.
- Resetarea temperaturii buclei. Controlați temperatura buclei pe baza condițiilor exterioare și a cererii zonei. Creșterea temperaturii buclei la răcire sau scăderea ușoară a acesteia la încălzire reduce ridicarea compresorului și reduce consumul de energie în întreaga instalație.
Potrivirea buclei de apă cu echipamentul frigorific potrivit
O pompă de căldură cu apă este un element al unui sistem de refrigerare hidronic mai mare. Aceleași principii de inginerie - compresie fiabilă, schimb de căldură curat pe partea apei și control stabil al agentului frigorific - se aplică restului fabricii. Pentru echipele de proiect care își asambla propria soluție pentru încăpere, alegerea condensatorului, răcitorului de lichid și a unității de condensare decide dacă bucla își va atinge efectiv eficiența de proiectare.
Pe partea de răcire, un ambalat răcitor răcit cu apă este modalitatea standard de a elimina căldura din buclă atunci când clădirea are un turn de răcire. Pe partea de schimb de căldură, condensatorul răcit cu apă cu carcasă și tub transferă căldură între agent frigorific și apă pe o suprafață mare, ușor de curățat. În instalațiile cu evaporatoare alimentate cu pompă, a unitate de condensare a pompei de butoi asigură recirculația necesară pentru a menține stabilă alimentarea cu agent frigorific la sarcini diferite.
OEM/ODM KTB Producători de unități de condensare pentru pompă de butoi, fabrică - Zhejiang Kaidi În calitate de producători din China de unități de condensare pentru pompă de butoi KTB și fabrică en-gros de unități de condensare pentru pompe de butoi KTB, Zhejiang Kaidi Re... Vizualizare produs → 
Furnizor personalizat de răcitor de apă răcit cu apă, companie Zhejiang Kaidi Refrigeration Equipment Co., Ltd. este un furnizor din China de răcitor de lichid răcit cu apă și răcitor personalizat de răcire cu apă, oferind soluții... Vizualizare produs → Dacă proiectați o instalație frigorifică sau o instalație de răcire a procesului, aceeași logică de selecție se aplică atunci când alegerea unei unități de condensare pentru aplicații de depozitare la rece . De asemenea, trebuie să potriviți echipamentul cu intervalul de temperatură al buclei, calitatea apei și profilul așteptat de sarcină parțială - și merită discutând acești parametri cu un inginer de aplicații înainte de a finaliza pachetul.
La pachet practic: WSHP este la fel de eficient ca și restul centralei hidronice. Pompele supradimensionate, apa netratată sau un turn de răcire subdimensionat vor eroda rapid avantajul COP. Începeți cu designul buclei, apoi selectați pachetul compresor și schimbător de căldură din jurul acestuia.
Întrebări frecvente despre pompele de căldură cu sursă de apă
Pompele de căldură cu apă funcționează în zone cu climă rece?
Da. În modul de încălzire, o unitate apă-aer poate încă furniza un COP de 3,0 sau mai bine cu intrarea în apă la 40°F (4°C), ceea ce este mult peste temperaturile aerului de iarnă în majoritatea regiunilor reci. Motivul pentru care funcționează în Harbin, Minneapolis sau Oslo este simplu: bucla este îngropată sub pământ sau extrasă din apele subterane, astfel încât temperaturile aerului de iarnă nu ating niciodată sursa de căldură.
Este o pompă de căldură cu sursă de apă la fel cu o pompă de căldură geotermală?
Nu tocmai. O pompă de căldură geotermală sau terestră este un tip de sistem cu sursă de apă. Utilizează o buclă închisă de pământ sau apă de puț ca sursă de căldură și chiuvetă. Dar multe WSHP funcționează pe o buclă de clădire cu un turn de răcire și un cazan - fără conexiune la pământ. Toate pompele de căldură geotermale sunt sisteme cu sursă de apă; nu toate pompele de căldură cu apă sunt geotermale.
O buclă de apă poate încălzi și răci zone diferite în același timp?
Da, și acesta este unul dintre cele mai mari avantaje ale unui sistem WSHP. Fiecare unitate interioară decide independent dacă să încălzească sau să se răcească. Când un birou are nevoie de răcire, iar altul are nevoie de încălzire, bucla transferă căldura de la unul la altul, iar centrala și turnul de răcire fac doar diferența.
De ce întreținere are nevoie o pompă de căldură cu apă?
Trei domenii contează: calitatea apei, încărcarea cu agent frigorific și curățenia din partea aerului. Bucla necesită filtrare regulată și tratare a apei pentru a preveni murdărirea schimbătoarelor de căldură cu plăci sau tuburi; suprafețele schimbătorului de căldură trebuie inspectate anual; iar bobinele și filtrele interioare au nevoie de același program de curățare ca orice unitate ventiloconvector. Deoarece nu există ventilator de condensator exterior, problemele obișnuite de coroziune și reziduuri ale unităților exterioare dispar în mare parte.
Cât durează o pompă de căldură cu apă?
Cu tratarea corectă a apei, de obicei servește un WSHP comercial de calitate 20 până la 25 de ani , iar bucla de apă în sine poate dura 50 de ani sau mai mult. Circuitul de agent frigorific este sigilat, iar compresorul este protejat de temperatura stabilă a buclei - spre deosebire de unitățile de pe acoperiș care suferă cicluri termice extreme. Mulți proprietari consideră că locația în interior a echipamentului este avantajul real pe viață: nu vede niciodată zăpadă, sare sau soare de vară.
Cum aleg între apă-apă și apă-aer?
Unitățile apă-aer sunt cele mai comune în clădirile de birouri deoarece condiționează spațiile ocupate direct prin conducte. Unitățile apă-apă sunt utilizate atunci când clădirea are distribuție hidrică - încălzire prin pardoseală, tavane răcite sau apă de răcire de proces - deoarece produc apă încălzită sau răcită în loc de aer cald. Pentru procesele industriale, cum ar fi răcirea cu laser sau procesarea alimentelor, apa-apă este de obicei arhitectura corectă.
Concluzia
O pompă de căldură cu sursă de apă este pur și simplu o mașină de refrigerare care folosește o buclă de apă ca sursă de căldură și chiuvetă. Componentele sunt convenționale, ciclul este ciclul standard de compresie a vaporilor, iar avantajul de eficiență provine aproape în întregime din stabilitatea temperaturii apei. Indiferent dacă proiectați un turn de birouri cu 40 de etaje, un depozit frigorific sau un sistem de răcire a procesului, conceptul WSHP este același - iar opțiunile de echipamente din partea apei, de la schimbătoare de căldură cu plăci la condensatoare cu manșă și tub, decid cât de bine funcționează conceptul în funcționare reală.
