Képzeljen el egy négyemeletes irodaházat Kantonban júliusban. A hűtési terhelés növekszik, minden emeletnek szüksége van hűvös levegőre, a tető mégis csendes marad – nem kalapálnak el a kondenzátorventilátorok. Ami ezt lehetővé teszi, az egy vízhurok, amely csendesen halad át az épületen. Minden emeleti növényszobán belül a vízforrású hőszivattyú (WSHP) ugyanúgy működik, mint egy légkondicionáló, de egy lényeges különbséggel: vízzel cseréli a hőt, nem a külső levegővel.
A közvetlen válasz: A vízforrású hőszivattyú egy hűtőgép, amely fűtési üzemmódban hőt vesz fel egy vezetékes vízkörből, vagy hűtési módban hőt utasít vissza ugyanabba a körbe. A hőt egyik helyről a másikra mozgatja, ahelyett, hogy létrehozná. Mivel a vízkör sokkal stabilabb hőmérsékleten marad, mint a kültéri levegő, a kompresszor kevesebb munkát végez, és az egység hasznosabb fűtést vagy hűtést biztosít minden elfogyasztott elektromos áram kilowattjára.
A rövid válasz: Hogyan mozgatja a hőt a vízforrású hőszivattyú
Minden hőszivattyú, beleértve a WSHP-ket is, ugyanazon a négylépcsős hűtési cikluson működik: elpárolog, tömörít, sűrít, kitágít . Fűtés üzemmódban a hideg folyékony hűtőközeg belép a vízoldali hőcserélőbe, hőt vesz fel a vízből, és alacsony nyomású gőzzé forr. A kompresszor beszívja a gőzt, és megemeli annak nyomását és hőmérsékletét. A forró, nagynyomású gáz ezután a beltéri hőcserélőbe áramlik, ahol visszacsapódik folyadékká, és hőt bocsát ki a helyiség levegőjébe vagy egy hidraulikus fűtési rendszerbe. Egy hőtágulási szelep visszaméri a folyadékot az elpárologtatóba, és a ciklus megismétlődik.
Hűtés üzemmódban egy négyutas irányváltó szelep fordítja meg az áramlást. A beltéri hőcserélő lesz az elpárologtató, és elnyeli a hőt a helyiségből, míg a vízoldali hőcserélő kondenzátorrá válik, és a hőt a vízkörbe vezeti. Az eredmény az egy gép fűtést és hűtést is képes biztosítani egyetlen vízkör használatával .
A négy összetevő, amely elvégzi a munkát
A kompresszor
A kompresszor 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.
A négyutas irányváltó szelep
Az irányváltó szelep különbözteti meg a hőszivattyút a hagyományos légkondicionálóktól. Amikor a szelep eltolódik, a hűtőközeg áramlási iránya megfordul, felcserélve az elpárologtató és a kondenzátor feladatait. Egy kis mágneses pilóta mozgatja a fő orsót. Fűtés üzemmódban a forró gázt a beltéri hőcserélőhöz vezetik; hűtés üzemmódban a forró gázt a vízoldali hőcserélőbe vezetik.
A hűtőközeg-víz hőcserélő
A WSHP innen kapta a nevét. A WSHP bordás tekercs és kültéri ventilátor helyett keményforrasztott lemezes hőcserélőt vagy héj-csöves hőcserélőt használ. A hőátadó felület egyik oldalán víz folyik; a másikon hűtőközeg folyik. Mivel a víznek sokkal nagyobb a hőátbocsátási tényezője, mint a levegőnek, ez a hőcserélő fizikailag kisebb lehet, mint egy légtekercs, miközben ugyanannyi hőt mozgat. Nagyobb rendszerekben a vízoldal gyakran héj-cső konstrukció, lényegében ugyanaz a technológia, mint a héj-csöves vízhűtéses kondenzátor ipari hűtőberendezésekben használják. A cső anyagának megválasztása számít: a rézcsövek alapfelszereltségnek számítanak számos kereskedelmi egységben, míg a rozsdamentes acélcsöveket agresszív vagy tengervízi alkalmazásokhoz részesítik előnyben.
OEM/ODM KCWS sorozatú héj és cső vízhűtéses kondenzátor gyártók, gyár Kínai KCWS sorozatú, vízhűtéses kondenzátorok gyártói és nagykereskedelmi KCWS sorozatú héj- és csővezetékes vízhűtéses kondenzátorok... Termék megtekintése → A bővítő eszköz
A kondenzátor és az elpárologtató között a tágulási eszköz – általában egy termosztatikus expanziós szelep (TXV) vagy egy elektronikus expanziós szelep (EEV) – csökkenti a hűtőközeg nyomását, és méri a megfelelő áramlást az elpárologtatóba. Az EEV gyorsabban reagál a terhelés változásaira, és szorosabban tartja a túlmelegedést, ami javítja a hatékonyságot részterhelésnél. Ez azért számít egy WSHP rendszerben, mert a belépő víz hőmérséklete évről évre változik, így a tágulási eszköznek folyamatosan alkalmazkodnia kell.
Fűtési mód és hűtési mód: Ugyanaz a ciklus fordítva
Fűtési mód
Fűtés üzemmódban a vízkör a hőforrás. A legtöbb kereskedelmi hurok kialakításnál a víz kb 50–68 °F (10–20 °C) . A hűtőközeg hőt vesz fel a vízből és elpárolog. A kompresszor ezután olyan magas hőmérsékletre emeli a gázt, hogy a beltéri hőcserélő meleg befúvó levegőt tudjon szállítani – jellemzően 90–105 °F (32–40 °C). Mindaddig, amíg a hurok körülbelül 7 °C (45 °F) felett marad, az egység képes fenntartani a hasznos fűtést anélkül, hogy elektromos pótfűtésre támaszkodna.
Hűtési mód
Hűtés üzemmódban a hurok hűtőbordává válik. A visszatérő hurok víz általában között helyezkedik el 70°F és 90°F (21°C és 32°C között) . A beltéri hőcserélő felveszi a hőt a helyiségből, a kompresszor a hűtőközeg hőmérsékletét jóval a víz hőmérséklete fölé emeli, a hűtőközeg-víz hőcserélő pedig ezt a hőt a hurokba továbbítja. Minél melegebb a hurokvíz, annál keményebben kell működnie a kompresszornak – ezért a hűtőtorony vezérlése és a vízhőmérséklet visszaállítása olyan fontos részei egy jól működő WSHP üzemnek.
Zárt hurok, nyílt hurok és építési hurkok: honnan származik a víz?
A WSHP-k több vízforrással dolgoznak. A választás a hatékonyságot és a beépítési költséget egyaránt befolyásolja.
| Rendszer típusa | Vízforrás | Tipikus belépő vízhőmérséklet | A legalkalmasabb |
|---|---|---|---|
| Zárt földhurok | Temetett HDPE cső víz-glikol keverékkel | 32°F és 70°F (0°C és 21°C) között szezononként | Lakások és kereskedelmi épületek fúrási területtel |
| Nyitott hurok (kútvíz) | A talajvíz a hőcserélőn keresztül szivattyúzott | 45°F és 60°F (7°C és 16°C) között | Tiszta, megbízható kútvízzel és engedélyezett visszasajtolású vagy vízelvezetéssel rendelkező ingatlanok |
| Építési kör kazánnal és hűtőtoronnyal | Közös épület vízhurok; kazán hozzáadja a hőt, a torony elutasítja a hőt | 60°F és 90°F (16°C és 32°C) között | Több bérlős irodák, szállodák, vegyes használatú épületek |
| Tó vagy folyó hurok | Nyílt vízbe süllyesztett zárt hurok | 35°F és 75°F (2°C és 24°C) között | Épületek mély víztestek közelében |
A legtöbb nagy kereskedelmi WSHP létesítmény közös építési hurkot használ. Mindegyik beltéri egység elég kicsi ahhoz, hogy elférjen egy mennyezeti üregben vagy egy kis üzemi helyiségben, és minden egység ugyanabból a kétcsöves vízkörből táplálkozik. Amikor egyes zónáknak hőre van szükségük, míg másoknak hűtésre van szükségük, a hűtőzónák által visszautasított hőt a fűtési zónák elnyelik – ez az ún. hővisszanyerés . Ez jelentősen csökkentheti az egyidejű fűtési és hűtési energiát, ami az egyik fő oka annak, hogy az épülettulajdonosok a vízforrásos rendszereket választják.
Miért ver a víz a levegőben: WSHP vs. levegő-forrás hőszivattyú
Mindkét rendszer ugyanazt a gőzsűrítési ciklust használja. A különbség a kültéri közegben van. A levegő hőmérsékletét az időjárás függvényében változtatja; A zárt körben lévő víz sokkal stabilabb marad. Ez a stabilitás megváltoztatja a teljes teljesítményképet.
| Aspect | WSHP | Levegős hőszivattyú (ASHP) |
|---|---|---|
| Hőforrás/nyelő | Vízhurok, stabil egész évben | Kültéri levegő, ingadozik az időjárástól |
| Fűtési teljesítmény | Lassan lebomlik, ahogy a hurok hőmérséklete csökken | A COP meredeken csökken fagyos időben |
| Hűtési teljesítmény | Nagyon meleg napokon is stabil | Kb. 35°C (95°F) feletti környezeti hőmérsékleten esik |
| Zaj | Csendes; nincs kültéri ventilátor | Kültéri kondenzátor ventilátor zaja |
| Tér | Nincs tetőtéri egység; beltéri növény szoba vagy mennyezet üres | Kültéri egységre és szabad térre van szüksége körülötte |
| Telepítés | Több csővezeték; vízhurok infrastruktúra szükséges | Általában egyszerűbb az utólagos beépítésű épületekben |
| Karbantartás | Vízkezelés, szivattyú- és hőcserélő gondozás | Tekercstisztítás és hűtőközeg hozzáférés a szabadban |
Mert a víznek van több mint 3000-szerese a levegő térfogati hőkapacitásának , a víz-hűtőközeg hőcserélő jóval kisebb lehet, mint egy ugyanolyan feladatot teljesítő légtekercs. A kompresszor esetében a fontos szám a hőmérsékletemelkedés. Téli fűtéskor 60 °F-os víz belépésekor a kompresszor körülbelül 50 °F-ról 100 °F-ra emeli a hűtőközeget – ez 50 °F-os emelés. Fagyos időben előfordulhat, hogy a levegőforrás-egységnek -10°F-ról 100°F-ra kell emelnie a hűtőközeget – ez 110°F-os emelés. Az emelés nagyjából fele a fűtési COP nagyjából kétszeresét jelenti. Ez a fizikai kapcsolat az igazi oka annak, hogy a vízforrás-rendszerek jobb szezonális hatékonyságot biztosítanak. Ha látni szeretné, hogy ugyanez az elv meddig terjed, nézze meg a kondenzátorok és elpárologtatók teljes választéka modern hidraulikus erőművekben használják.
Hatékonyság a számokban: COP, EER és mire számíthatunk
COP (teljesítménytényező) a hasznos fűtés vagy hűtés aránya az elektromos bemenethez. A 4,0 COP fűtés azt jelenti, hogy a kompresszor minden 1 kW villamos energiája után 4 kW hőt ad le. Az EER (energiahatékonysági arány) a hűtési egyenérték, általában Btu per wattóra egységben kifejezve.
Mit várhat el reálisan egy vásárló egy modern WSHP-től?
- Fűtés COP 3,5 és 5,5 között a legtöbb vízforrás rendszerhez, a belépő víz hőmérsékletétől függően.
- Hűtési EER 14 és 22 Btu/W-h között tipikus kereskedelmi hurkokban.
- Jobb részterhelési teljesítmény, mert a kompresszor enyhe körülmények között kevesebbet modulál vagy ciklikusan működik.
- Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma jelentése szerint a geotermikus és víz-levegő hőszivattyúk kb. 25-50 százalék összehasonlítva a hasonló épületekben lévő levegős hőszivattyúkkal (forrás: Amerikai Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma, geotermikus hőszivattyú áttekintése).
| Vízhőmérséklet bevitele (fűtési mód) | Tipikus COP tartomány |
|---|---|
| 50°F (10°C) | 4,2-5,5 |
| 60°F (16°C) | 4,0 és 5,0 között |
| 70°F (21°C) | 3,5-től 4,2-ig |
Figyeljük meg a trendet: a hidegebb hurokvíz alacsonyabb COP-t jelent, ezért a talajhurkok és a kútvíz – amelyek télen melegebbek maradnak, mint a kültéri levegő – jobb téli hatásfokot produkálnak, mint a levegőforrású berendezések.
Öt tervezési szempont, amelyek meghatározzák a valós teljesítményt
- Víz áramlási sebessége. Minden egységnek elegendő áramlásra van szüksége ahhoz, hogy hőt szállítson túlzott szivattyúenergia nélkül. A kereskedelmi vízforrás egységeket általában a következő címen határozzák meg: 2,5-3 US gallon percenként egy tonna hűtés ; a nagyobb rendszerek kisebb áramlást használnak nagyobb hőmérséklet-különbség mellett.
- Belépés a víz hőmérsékleti tartományába. Tartsa a hurok hőmérsékletét a gyártó határain belül – jellemzően 50°F és 95°F (10°C és 35°C) között hűtve és 45°F és 75°F (7°C és 24°C) között melegítés közben — a kompresszor védelmére és a teljesítmény-besorolások érvényességének megőrzésére.
- Vízminőség és szennyeződés. A lemezes hőcserélők keskeny csatornákkal rendelkeznek; törmelék, vízkő vagy biológiai növekedés gyorsan csökkentheti a hőátadást és növelheti a kondenzációs nyomást. Használjon szűrőket, vízkezelést és – agresszív víz esetén – rozsdamentes acél hőcserélőket.
- Fagyvédelem. A földi hurkok víz-glikol keveréket igényelnek; a fűtetlen terekben lévő hurkok építéséhez fagyálló, hőkövető vagy megbízható leeresztő eljárás szükséges.
- A hurok hőmérsékletének visszaállítása. Szabályozza a hurok hőmérsékletét a külső körülmények és a zóna igénye alapján. A hurok hőmérsékletének emelése hűtéskor, vagy enyhe csökkentése fűtéskor csökkenti a kompresszor emelését és csökkenti az energiafelhasználást az egész üzemben.
A vízhurok és a megfelelő hűtőberendezés összehangolása
A vizes hőszivattyú egy nagyobb hidraulikus hűtőrendszer egyik eleme. Ugyanazok a műszaki elvek – megbízható kompresszió, tiszta vízoldali hőcsere és stabil hűtőközeg-szabályozás – érvényesek az üzem többi részére is. A saját üzemi megoldásukat összeállító projektcsapatok esetében a kondenzátor, a hűtő és a kondenzációs egység kiválasztása dönti el, hogy a hurok valóban eléri-e a tervezési hatékonyságát.
A hűtési oldalon egy csomagolt vízhűtéses hűtő ez a szabványos módja a hő eltávolításának a hurokból, ha az épületben van hűtőtorony. A hőcserélő oldalon a héjból és csőből álló vízhűtéses kondenzátor nagy, könnyen tisztítható felületen továbbítja a hőt a hűtőközeg és a víz között. Szivattyús elpárologtatóval felszerelt üzemekben a hordószivattyús kondenzációs egység biztosítja a hűtőközeg-ellátás stabilan tartásához szükséges recirkulációt változó terhelés mellett.
OEM/ODM KTB hordószivattyús kondenzációs egység gyártók, gyár - Zhejiang Kaidi Kínai KTB hordószivattyús kondenzációs egység gyártóként és nagykereskedelmi KTB hordószivattyús kondenzációs egységként, oem/odm gyár, Zhejiang Kaidi Re... Termék megtekintése → 
Egyedi vízhűtéses hűtőberendezés beszállító, cég A Zhejiang Kaidi Refrigeration Equipment Co., Ltd. egy kínai vízhűtéses hűtőberendezés beszállítója és egyedi vízhűtéses hűtőberendezés, amely oldatot kínál... Termék megtekintése → Ha hűtőtárolót vagy folyamathűtő üzemet tervez, ugyanaz a kiválasztási logika érvényes, amikor kondenzációs egység kiválasztása hidegtároló alkalmazásokhoz . A berendezést a hurok hőmérsékleti tartományához, a vízminőséghez és a várható részterhelési profilhoz is hozzá kell igazítani – és megéri megbeszélni ezeket a paramétereket egy alkalmazásmérnökkel mielőtt véglegesíti a csomagot.
Praktikus elvitel: a WSHP csak olyan hatékony, mint a vízerőmű többi része. A túlméretezett szivattyúk, a kezeletlen víz vagy az alulméretezett hűtőtorony gyorsan lerontják a COP előnyeit. Kezdje a hurok kialakításával, majd válassza ki a körülötte lévő kompresszor és hőcserélő csomagot.
Gyakran ismételt kérdések a vízforrású hőszivattyúkkal kapcsolatban
Hideg éghajlaton működnek a vízforrású hőszivattyúk?
Igen. Fűtési módban a víz-levegő egység továbbra is 3,0 vagy annál magasabb COP-értéket tud leadni, ha 40 °F (4 °C) vízbe kerül, ami a legtöbb hideg régióban messze meghaladja a téli levegő hőmérsékletét. Harbinban, Minneapolisban vagy Oslóban egyszerű az oka: a hurok a föld alá van temetve, vagy a talajvízből származik, így a téli levegő hőmérséklete soha nem érinti a hőforrást.
A vizes hőszivattyú ugyanaz, mint a geotermikus hőszivattyú?
Nem pontosan. A geotermikus vagy talajhőszivattyú a vízforrás rendszer egyik típusa. Hőforrásként és nyelőként zárt földhurkot vagy kútvizet használ. De sok WSHP egy építési hurkon működik hűtőtoronnyal és kazánnal – egyáltalán nincs földelés. Minden geotermikus hőszivattyú vízforrású rendszer; nem minden vízforrású hőszivattyú geotermikus.
Lehet-e egy vízkör egyszerre fűteni és hűteni különböző zónákat?
Igen, és ez a WSHP rendszer egyik legnagyobb előnye. Minden beltéri egység önállóan dönti el, hogy fűt vagy hűt. Amikor az egyik irodában hűtésre, a másikra fűtésre van szükség, a hurok átadja a hőt egyikből a másikba, és a kazán és a hűtőtorony csak a különbséget teszi ki.
Milyen karbantartást igényel egy vízhőszivattyú?
Három terület számít: a vízminőség, a hűtőközeg-töltet és a levegő oldali tisztasága. A hurok rendszeres szűrést és vízkezelést igényel a lemezes vagy héjas-csöves hőcserélőkben való elszennyeződés elkerülése érdekében; a hőcserélő felületeit évente ellenőrizni kell; és a beltéri tekercsek és szűrők ugyanolyan tisztítási ütemezést igényelnek, mint bármely fan-coil egység. Mivel nincs kültéri kondenzátorventilátor, a kültéri egységek szokásos korróziós és törmelékproblémái többnyire megszűnnek.
Mennyi ideig bírja a víz hőszivattyú?
Megfelelő vízkezelés mellett jellemzően minőségi, kereskedelmi forgalomba kerülő WSHP szolgál 20-25 év , és maga a vízhurok 50 évig vagy tovább is kitarthat. A hűtőkör tömített, a kompresszort pedig a stabil hurokhőmérséklet védi – ellentétben a tetőtéri egységekkel, amelyek szélsőséges hőmérsékleti ciklusokat szenvednek el. Sok tulajdonos úgy találja, hogy a berendezés beltéri elhelyezése az igazi életre szóló előny: soha nem lát havat, sót vagy nyári napsütést.
Hogyan válasszak víz-víz és víz-levegő között?
A víz-levegő egységek a legelterjedtebbek az irodaházakban, mivel közvetlenül a csatornákon keresztül kondicionálják a lakott tereket. A víz-víz egységeket akkor használják, ha az épületben hidraulikus elosztás van – padlófűtés, hűtött mennyezet vagy technológiai hűtővíz –, mert meleg levegő helyett fűtött vagy hűtött vizet állítanak elő. Az olyan ipari folyamatok esetében, mint a lézeres hűtés vagy az élelmiszer-feldolgozás, általában a víz-víz megoldás a megfelelő architektúra.
A lényeg
A vízforrású hőszivattyú egyszerűen egy hűtőgép, amely vízhurkot használ hőforrásként és mosogatóként. A komponensek hagyományosak, a ciklus a szabványos gőzsűrítési ciklus, és a hatékonysági előny szinte teljes egészében a víz hőmérsékletének stabilitásából adódik. Akár 40 emeletes irodatornyot, akár hűtőraktárt, akár folyamathűtő rendszert tervez, a WSHP koncepciója ugyanaz – a vízoldali berendezések választása, a lemezes hőcserélőktől a héjas-csöves kondenzátorokig, dönti el, hogy ez a koncepció mennyire működik a valóságban.
