اصل کار پمپ حرارتی منبع آب: چگونه کار می کند و چرا هوا را شکست می دهد

یک ساختمان اداری چهار طبقه در گوانگژو را در ماه جولای تصویر کنید. بار خنک کننده در حال بالا رفتن است، هر طبقه به هوای خنک نیاز دارد و با این حال سقف ساکت می ماند - هیچ فن کندانسوری از بین نمی رود. چیزی که این امکان را فراهم می کند حلقه ای از آب است که به آرامی در ساختمان حرکت می کند. در داخل هر طبقه طبقه، a پمپ حرارتی منبع آب (WSHP) همان کار یک تهویه مطبوع را انجام می دهد، اما با یک تفاوت اساسی: گرما را با آب مبادله می کند، نه با هوای بیرون.

پاسخ مستقیم: پمپ حرارتی منبع آب یک دستگاه تبرید است که گرما را از یک حلقه آب لوله‌کشی در حالت گرمایش جذب می‌کند یا در حالت سرمایش گرما را به همان حلقه دفع می‌کند. گرما را به جای ایجاد گرما از مکانی به مکان دیگر منتقل می کند. از آنجایی که حلقه آب در دمای بسیار پایدارتری نسبت به هوای بیرون می ماند، کمپرسور کار کمتری انجام می دهد و واحد گرمایش یا سرمایش مفیدتری را برای هر کیلووات برق مصرفی ارائه می دهد.

پاسخ کوتاه: چگونه یک پمپ حرارتی منبع آب گرما را حرکت می دهد

همه پمپ های حرارتی، از جمله WSHP ها، در یک چرخه تبرید چهار مرحله ای کار می کنند: تبخیر، فشرده کردن، متراکم شدن، انبساط . در حالت گرمایش، مبرد مایع سرد وارد مبدل حرارتی سمت آب می شود، گرما را از آب جذب می کند و به بخار کم فشار می جوشد. کمپرسور آن بخار را به داخل می کشد و فشار و دمای آن را افزایش می دهد. گاز داغ و پرفشار سپس به کویل داخلی سرازیر می شود، جایی که دوباره به مایع متراکم می شود و گرما را در هوای اتاق یا سیستم گرمایش هیدرونیک آزاد می کند. یک شیر انبساط حرارتی، مایع را به اواپراتور برمی گرداند و چرخه تکرار می شود.

در حالت خنک کننده، یک شیر معکوس چهار طرفه جریان را تغییر می دهد. سیم پیچ داخلی تبدیل به اواپراتور می شود و گرما را از اتاق جذب می کند، در حالی که مبدل حرارتی سمت آب به کندانسور تبدیل می شود و گرما را به حلقه آب می ریزد. نتیجه این است که یک دستگاه می تواند گرمایش و سرمایش را با استفاده از یک مدار آب واحد ارائه دهد .

چهار جزء که کار را انجام می دهند

کمپرسور

کمپرسور 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.

شیر معکوس چهار طرفه

شیر معکوس چیزی است که یک پمپ حرارتی را از یک کولر گازی معمولی متمایز می کند. هنگامی که شیر جابجا می شود، جهت جریان مبرد معکوس می شود و وظایف اواپراتور و کندانسور عوض می شود. یک خلبان برقی کوچک، قرقره اصلی را حرکت می دهد. در حالت گرمایش، گاز داغ به کویل داخلی هدایت می شود. در حالت خنک کننده، گاز داغ به مبدل حرارتی سمت آب هدایت می شود.

مبدل حرارتی مبرد به آب

اینجا جایی است که WSHP نام خود را به دست می آورد. به جای یک سیم پیچ پره دار و یک فن در فضای باز، WSHP از مبدل حرارتی صفحه لحیم کاری شده یا مبدل حرارتی پوسته و لوله استفاده می کند. آب در یک طرف سطح انتقال حرارت جریان دارد. مبرد از طرف دیگر جریان می یابد. از آنجایی که آب دارای ضریب انتقال حرارت بسیار بالاتری نسبت به هوا است، این مبدل می تواند از نظر فیزیکی کوچکتر از یک سیم پیچ هوا باشد در حالی که همان مقدار گرما را جابجا می کند. در سیستم‌های بزرگ‌تر، سمت آب اغلب یک ساختار پوسته و لوله است، که اساساً همان فناوری است کندانسور پوسته و لوله ای که با آب خنک می شود مورد استفاده در کارخانه های تبرید صنعتی انتخاب مواد لوله مهم است: لوله های مسی در بسیاری از واحدهای تجاری استاندارد هستند، در حالی که لوله های فولادی ضد زنگ برای کاربردهای تهاجمی یا آب دریا ترجیح داده می شوند.

تولید کنندگان کندانسور آب خنک شونده با آب سری پوسته و لوله OEM/ODM KCWS، کارخانه به عنوان یک چینی چینی چینی KCWS چینی کندانسور پوسته و لوله آب خنک شونده و به طور عمده فروش کندانسور پوسته و لوله سری KCWS با آب سرد... مشاهده محصول →

دستگاه گسترش

بین کندانسور و اواپراتور، دستگاه انبساط - معمولاً یک شیر انبساط ترموستاتیک (TXV) یا یک شیر انبساط الکترونیکی (EEV) - فشار مبرد را کاهش می‌دهد و جریان صحیح را در اواپراتور اندازه‌گیری می‌کند. یک EEV سریعتر به تغییرات بار پاسخ می دهد و گرمای فوق العاده را محکم تر نگه می دارد، که باعث بهبود کارایی در بار جزئی می شود. این در یک سیستم WSHP اهمیت دارد زیرا دمای آب ورودی در طول سال تغییر می کند، بنابراین دستگاه انبساط باید به طور مداوم سازگار شود.

حالت گرمایش و حالت سرمایش: چرخه مشابه در معکوس

حالت گرمایش

در حالت گرمایش، حلقه آب منبع گرما است. برای اکثر طرح های حلقه تجاری، آب از اطراف وارد واحد می شود 50 درجه فارنهایت تا 68 درجه فارنهایت (10 درجه سانتی گراد تا 20 درجه سانتی گراد) . مبرد گرما را از آن آب جذب کرده و تبخیر می شود. سپس کمپرسور گاز را تا دمایی بالا می برد که سیم پیچ داخلی بتواند هوای گرم را تحویل دهد - معمولاً 90 درجه فارنهایت تا 105 درجه فارنهایت (32 درجه سانتیگراد تا 40 درجه سانتیگراد). تا زمانی که حلقه بالای 45 درجه فارنهایت (7 درجه سانتیگراد) باقی بماند، دستگاه می تواند گرمایش مفید را بدون تکیه بر گرمای پشتیبان الکتریکی حفظ کند.

حالت خنک کننده

در حالت خنک کننده، حلقه تبدیل به یک هیت سینک می شود. آب حلقه برگشتی معمولاً بین آنها قرار می گیرد 70 درجه فارنهایت و 90 درجه فارنهایت (21 درجه سانتیگراد تا 32 درجه سانتیگراد) . کویل داخلی گرما را از اتاق جذب می کند، کمپرسور دمای مبرد را به خوبی بالاتر از دمای آب افزایش می دهد و مبدل حرارتی مبرد به آب آن گرما را به حلقه منتقل می کند. هرچه آب حلقه گرم‌تر باشد، کمپرسور باید سخت‌تر کار کند - به همین دلیل است که کنترل برج خنک‌کننده و تنظیم مجدد دمای آب، بخش‌های مهمی از یک کارخانه WSHP است که به خوبی اداره می‌شود.

حلقه های بسته، حلقه باز و حلقه های ساختمانی: آب از کجا می آید؟

WSHP ها با چندین منبع آب کار می کنند. این انتخاب بر راندمان و هزینه نصب شده تأثیر می گذارد.

اکثر تاسیسات تجاری بزرگ WSHP از یک حلقه ساختمان مشترک استفاده می کنند. هر واحد داخلی به اندازه‌ای کوچک است که در فضای خالی سقف یا یک اتاق کارخانه کوچک قرار گیرد و همه واحدها از یک مدار آب دو لوله‌ای استفاده می‌کنند. هنگامی که برخی از مناطق به گرما نیاز دارند در حالی که برخی دیگر به خنک کننده نیاز دارند، گرمای دفع شده توسط مناطق خنک کننده توسط مناطق گرمایش جذب می شود - ویژگی به نام بازیابی گرما . این می تواند انرژی گرمایش و سرمایش همزمان را تا حد زیادی کاهش دهد، که یکی از دلایل اصلی انتخاب سیستم های منبع آب توسط صاحبان ساختمان است.

چرا آب بر هوا می زند: WSHP در مقابل پمپ حرارتی منبع هوا

هر دو سیستم از یک سیکل فشرده سازی بخار استفاده می کنند. تفاوت در محیط بیرونی است. تغییر دما با آب و هوا؛ آب در یک حلقه بسته بسیار پایدارتر می ماند. این ثبات کل تصویر عملکرد را تغییر می دهد.

چون آب دارد بیش از 3000 برابر ظرفیت گرمایی حجمی هوا ، یک مبدل حرارتی آب به مبرد می تواند به مراتب کوچکتر از یک سیم پیچ هوا با همان وظیفه باشد. برای کمپرسور، عدد مهم افزایش دما است. با ورود آب در دمای 60 درجه فارنهایت در گرمایش زمستانی، کمپرسور مبرد را از حدود 50 درجه فارنهایت به 100 درجه فارنهایت افزایش می دهد - یک بالابر 50 درجه فارنهایت. یک واحد منبع هوا در هوای سرد ممکن است نیاز به افزایش مبرد از -10 درجه فارنهایت به 100 درجه فارنهایت داشته باشد - بالابر 110 درجه فارنهایت. تقریباً نیمی از بالابر به معنای تقریباً دو برابر کردن COP گرمایش است. این رابطه فیزیکی دلیل واقعی سیستم های منبع آب است که بازده فصلی بهتری را ارائه می دهند. برای اینکه ببینید همین اصل تا چه حد گسترش می یابد، به این نگاه کنید طیف کاملی از کندانسور و اواپراتور در نیروگاه های آبی مدرن استفاده می شود.

کارایی در اعداد: COP، EER و آنچه باید انتظار داشت

COP (ضریب عملکرد) نسبت گرمایش یا سرمایش مفید به ورودی الکتریکی است. COP 4.0 در گرمایش به این معنی است که به ازای هر 1 کیلووات برق مصرفی کمپرسور، واحد 4 کیلووات گرما تولید می کند. EER (نسبت بازده انرژی) معادل خنک کننده است که معمولاً بر حسب Btu بر وات ساعت بیان می شود.

یک خریدار به طور واقع بینانه از یک WSHP مدرن چه انتظاری می تواند داشته باشد؟

• گرمایش COP بین 3.5 تا 5.5 برای اکثر سیستم های منبع آب، بسته به دمای آب ورودی.
• EER خنک کننده بین 14 تا 22 Btu/W-h در حلقه های تجاری معمولی
• عملکرد بهتر در قسمت بار، زیرا کمپرسور در شرایط ملایم تعدیل یا چرخه کمتری می کند.
• وزارت انرژی ایالات متحده گزارش می دهد که پمپ های حرارتی زمین گرمایی و آب به هوا می توانند مصرف انرژی را تا حدودی کاهش دهند. 25 تا 50 درصد در مقایسه با پمپ های حرارتی منبع هوا در ساختمان های مشابه (منبع: وزارت انرژی ایالات متحده، بررسی اجمالی پمپ حرارتی زمین گرمایی).

به روند توجه کنید: آب حلقه سردتر به معنای COP کمتر است، به همین دلیل است که حلقه های زمینی و آب چاه - که در زمستان گرمتر از هوای بیرون می مانند - راندمان زمستانی بهتری نسبت به تجهیزات منبع هوا دارند.

پنج ملاحظات طراحی که عملکرد دنیای واقعی را تعیین می کند

1. نرخ جریان آب. هر واحد به جریان کافی برای حمل گرما بدون انرژی پمپ بیش از حد نیاز دارد. واحدهای تجاری منبع آب معمولاً در مشخص می شوند 2.5 تا 3 گالن آمریکا در دقیقه به ازای هر تن خنک کننده ; سیستم های بزرگتر از جریان های کمتر با اختلاف دمای بالاتر استفاده می کنند.
2. ورود به محدوده دمای آب معمولاً دمای حلقه را در محدوده تولیدکننده حفظ کنید 50 درجه فارنهایت تا 95 درجه فارنهایت (10 درجه سانتیگراد تا 35 درجه سانتیگراد) در خنک سازی و 45 درجه فارنهایت تا 75 درجه فارنهایت (7 تا 24 درجه سانتیگراد) در حرارت دادن - برای محافظت از کمپرسور و معتبر نگه داشتن رتبه بندی ظرفیت.
3. کیفیت آب و رسوب. مبدل های حرارتی صفحه ای کانال های باریکی دارند. زباله، رسوب یا رشد بیولوژیکی می تواند به سرعت انتقال حرارت را کاهش داده و فشار متراکم را افزایش دهد. از صافی‌ها، تصفیه آب و - برای آب تهاجمی - مبدل‌های حرارتی فولاد ضد زنگ استفاده کنید.
4. محافظت در برابر یخ زدگی حلقه های زمینی به مخلوط آب و گلیکول نیاز دارند. حلقه های ساختمانی در فضاهای گرم نشده نیاز به ضد یخ، ردیابی گرما یا یک روش تخلیه قابل اعتماد دارند.
5. تنظیم مجدد دمای حلقه دمای حلقه را بر اساس شرایط فضای باز و تقاضای منطقه کنترل کنید. افزایش دمای حلقه در سرمایش، یا کاهش جزئی آن در گرمایش، باعث کاهش بالابر کمپرسور و کاهش مصرف انرژی در کل نیروگاه می شود.

تطبیق حلقه آب با تجهیزات تبرید مناسب

پمپ حرارتی منبع آب یکی از عناصر یک سیستم تبرید هیدرونیک بزرگتر است. همان اصول مهندسی - فشرده سازی قابل اعتماد، تبادل حرارتی تمیز در سمت آب و کنترل پایدار مبرد - برای بقیه کارخانه اعمال می شود. برای تیم های پروژه که راه حل اتاق کارخانه خود را مونتاژ می کنند، انتخاب کندانسور، چیلر و واحد تغلیظ تصمیم می گیرد که آیا حلقه واقعاً به کارایی طراحی خود می رسد یا خیر.

در سمت خنک کننده، بسته بندی شده چیلر آب خنک هنگامی که ساختمان دارای برج خنک کننده است، روش استاندارد برای حذف گرما از حلقه است. در سمت تبادل حرارت، کندانسور پوسته و لوله ای که با آب خنک می شود، گرما را بین مبرد و آب بر روی یک سطح بزرگ و به راحتی تمیز می کند. در کارخانه هایی با اواپراتورهای تغذیه شده با پمپ، الف واحد متراکم پمپ بشکه ای گردش مجدد مورد نیاز برای پایدار نگه داشتن منبع مبرد تحت بارهای مختلف را فراهم می کند.

تولید کنندگان واحد چگالش پمپ بشکه ای OEM/ODM KTB، کارخانه - ژجیانگ کایدی به عنوان تولید کنندگان واحد تغلیظ پمپ بشکه ای KTB چین و عمده فروشی واحد متراکم پمپ بشکه ای KTB کارخانه oem/odm، ژجیانگ کایدی ری... مشاهده محصول →

تامین کننده چیلر آب خنک کننده سفارشی، شرکت شرکت تجهیزات تبرید Zhejiang Kaidi یک تامین کننده چیلر آب خنک چین و چیلر سفارشی آب خنک است که راه حل های ... مشاهده محصول →

اگر در حال طراحی یک سردخانه یا کارخانه خنک کننده فرآیند هستید، همان منطق انتخاب در هنگام طراحی اعمال می شود انتخاب واحد تغلیظ برای کاربردهای ذخیره سازی سرد . شما همچنین باید تجهیزات را با محدوده دمای حلقه، کیفیت آب و مشخصات بار بخشی مورد انتظار مطابقت دهید - و ارزش آن را دارد بحث در مورد این پارامترها با یک مهندس برنامه های کاربردی قبل از اینکه بسته را نهایی کنید

غذای آماده عملی: WSHP فقط به اندازه بقیه نیروگاه های هیدرونیک کارآمد است. پمپ های بزرگ، آب تصفیه نشده یا یک برج خنک کننده کم اندازه مزیت COP را به سرعت از بین می برد. با طراحی حلقه شروع کنید، سپس بسته کمپرسور و مبدل حرارتی اطراف آن را انتخاب کنید.

سوالات متداول در مورد پمپ های حرارتی منبع آب

آیا پمپ های حرارتی منبع آب در آب و هوای سرد کار می کنند؟

بله. در حالت گرمایش، یک واحد آب به هوا همچنان می‌تواند با ورودی آب در دمای 40 درجه فارنهایت (4 درجه سانتی‌گراد)، COP 3.0 یا بهتر ارائه دهد، که بسیار بالاتر از دمای هوای زمستانی در اکثر مناطق سردسیر است. دلیل کارکرد آن در هاربین، مینیاپولیس یا اسلو ساده است: حلقه در زیر زمین مدفون است یا از آب های زیرزمینی کشیده می شود، بنابراین دمای هوای زمستان هرگز منبع گرما را لمس نمی کند.

آیا پمپ حرارتی منبع آب همان پمپ حرارتی زمین گرمایی است؟

نه دقیقا. پمپ حرارتی زمین گرمایی یا زمینی یکی از انواع سیستم های منبع آب است. از یک حلقه زمین بسته یا آب چاه به عنوان منبع گرما و سینک خود استفاده می کند. اما بسیاری از WSHP ها روی یک حلقه ساختمان با برج خنک کننده و دیگ کار می کنند - اصلاً اتصال زمینی وجود ندارد. تمام پمپ های حرارتی زمین گرمایی سیستم های منبع آب هستند. همه پمپ های حرارتی منبع آب زمین گرمایی نیستند.

آیا یک حلقه آب می تواند مناطق مختلف را به طور همزمان گرم و خنک کند؟

بله، و این یکی از بزرگترین مزایای سیستم WSHP است. هر واحد داخلی به طور مستقل تصمیم می گیرد که گرم یا سرد شود. هنگامی که یک دفتر به سرمایش و دیگری به گرمایش نیاز دارد، حلقه گرما را از یکی به دیگری منتقل می کند و دیگ بخار و برج خنک کننده فقط تفاوت را ایجاد می کنند.

پمپ حرارتی منبع آب به چه تعمیراتی نیاز دارد؟

سه زمینه مهم است: کیفیت آب، شارژ مبرد و تمیزی هوا. حلقه به فیلتراسیون منظم و تصفیه آب برای جلوگیری از رسوب در مبدل های حرارتی صفحه یا پوسته و لوله نیاز دارد. سطوح مبدل حرارتی باید سالانه بازرسی شود. و کویل ها و فیلترهای داخلی به همان برنامه تمیز کردن هر واحد فن کویل نیاز دارند. از آنجایی که هیچ فن کندانسور در فضای باز وجود ندارد، مشکلات معمول خوردگی و زباله در واحدهای خارجی عمدتاً از بین می رود.

پمپ حرارتی منبع آب چقدر دوام می آورد؟

با تصفیه آب صحیح، یک WSHP تجاری با کیفیت معمولاً خدمت می کند 20 تا 25 سال و خود حلقه آب می تواند 50 سال یا بیشتر دوام بیاورد. مدار مبرد مهر و موم شده است و کمپرسور توسط دمای حلقه پایدار محافظت می شود - برخلاف واحدهای پشت بام که از چرخه های حرارتی شدید رنج می برند. بسیاری از صاحبان مکان داخلی تجهیزات را مزیت واقعی می دانند: هرگز برف، نمک یا آفتاب تابستانی را نمی بینند.

چگونه بین آب به آب و آب به هوا یکی را انتخاب کنم؟

واحدهای آب به هوا رایج ترین در ساختمان های اداری هستند زیرا فضاهای اشغال شده را مستقیماً از طریق کانال ها تنظیم می کنند. واحدهای آب به آب زمانی استفاده می شوند که ساختمان دارای توزیع هیدرونیک باشد - گرمایش از کف، سقف های سرد، یا آب خنک کننده فرآیندی - زیرا به جای هوای گرم، آب گرم یا سرد تولید می کنند. برای فرآیندهای صنعتی مانند خنک سازی لیزری یا پردازش مواد غذایی، آب به آب معمولاً معماری صحیحی است.

خط پایین

پمپ حرارتی منبع آب به سادگی یک دستگاه تبرید است که از حلقه آب به عنوان منبع گرما و سینک خود استفاده می کند. اجزای معمولی هستند، چرخه چرخه استاندارد فشرده سازی بخار است و مزیت بازده تقریباً به طور کامل از پایداری دمای آب ناشی می شود. چه در حال طراحی یک برج اداری 40 طبقه، یک انبار سردخانه یا یک سیستم خنک کننده فرآیندی باشید، مفهوم WSHP یکسان است - و انتخاب تجهیزات در سمت آب، از مبدل های حرارتی صفحه ای گرفته تا کندانسورهای پوسته و لوله، تصمیم می گیرند که این مفهوم در عملکرد واقعی چقدر خوب عمل کند.