особенности подключения буферного бака, коллектора, бойлера к отоплению

Котлы, работающие на дровах и угле, имеют популярность для обогрева жилых и производственных помещений. Зачастую производители не оснащают их дополнительным оборудованием, поэтому схему обвязки твердотопливного котла отопления владельцы выполняют самостоятельно. От правильно выполненной установки дополнительных устройств зависит производительность и экономичность источника тепла. Кроме того, работа котлового оборудования становится более надежной и безопасной.

Содержание

1. Назначение и особенности обвязки
2. Открытая схема
3. Закрытая система отопления
4. Применение коллектора
5. Емкость для горячего водоснабжения

Назначение и особенности обвязки

Работа дровяного обогревателя значительно отличается от функционирования газового источника тепла и электрокотла. Связано это с инерционностью, которая не позволяет быстро остановить процесс горения. Кроме того, в топке образуется конденсат, возникающий из-за поступления в водяную рубашку остывшего теплоносителя. Обвязка котла на твердом топливе выполняет следующие функции:

1. 1. Обеспечивает систему отопления необходимым количеством воды.
2. 2. Распределяет горячий теплоноситель по трубопроводам и радиаторам.
3. 3. Следит за рабочим давлением и не допускает его превышения.
4. 4. Защищает от завоздушивания и засорения системы.
5. 5. Сохраняет длительность нагревания теплоносителя.

Циркуляционный насос в системе распространяет нагретую жидкость по контурам с различными настройками. Поэтому каждое устройство имеет особое значение для правильной обвязки твердотопливного котла.

Одним из основных условий функционирования котлового оборудования считается соблюдение разницы температуры теплоносителя в 20 °C между подающей и обратной линией. При увеличении этого значения произойдет образование конденсата.

Для предотвращения негативных явлений в схеме подразумевается использование датчиков, манометров и других элементов, работающих в автоматическом режиме. Поэтому наиболее выгодной считается закрытая система с принудительной циркуляцией.

В ней проще осуществить регулировку оборудования. Естественная циркуляция, которая используется в открытых схемах, позволяет получить автоматический контроль за работой, без соответствующего электрооборудования.

Такой вариант прост в обустройстве и подходит, если сделать обвязку твердотопливного котла своими руками. Но в системе с естественной циркуляцией существует ряд недостатков:

1. 1. Трудно поддерживать температурный режим в разных контурах.
2. 2. Для естественного перемещения теплоносителя необходимы трубы большего диаметра.
3. 3. Трубопроводы монтируются под определенным уклоном, чтобы обеспечить циркуляцию жидкости.

Открытая схема применяется для одноконтурных систем небольшой протяженности в одноэтажных домах. Кроме того, желательно монтировать в сеть минимальное количество запорной арматуры, чтобы она не мешала передвижению жидкости по трубопроводам. Расширительный бак устанавливается в верхнюю точку системы.

Открытая схема

Существует несколько способов обвязки источника тепла. Наиболее распространенной считается схема подключения твердотопливного котла к системе отопления открытого типа.

К преимуществам такой обвязки относятся:

• высокая производительность;
• простота сборки системы;
• безопасность;
• отсутствие энергозависимости;
• невысокая стоимость оборудования.

К недостаткам можно отнести сложность управления температурой теплоносителя. Попадание кислорода в систему через открытый расширительный бак приводит к коррозии внутренней поверхности трубопроводов.

Чтобы правильно собрать открытую схему следует установить теплогенератор ниже уровня радиаторов на 0,5 м, что обеспечит необходимую циркуляцию теплоносителя. Уклон труб должен составлять 5−7 мм на погонный метр.

Для ограничения попадания кислорода в расширительную емкость нужно добавить масляную жидкость, чтобы образовалась пленка по всей площади поверхности теплоносителя.

Закрытая система отопления

В закрытой системе с естественной циркуляцией в обвязку источника тепла устанавливается мембранный бак, объем которого должен составлять 10% от общего количества теплоносителя. Кроме этой емкости, устанавливается предохранительный клапан для сброса лишней жидкости. Для удаления воздуха из системы в верхней точке монтируется вентиль.

Для обеспечения бесперебойной работы отопления в закрытую систему с принудительной циркуляцией теплоносителя устанавливается буферная емкость. Она накапливает горячую воду когда котел находится в рабочем состоянии, чтобы во время его остановки еще некоторое время отдавать теплоноситель в радиаторы. Продолжительность этого периода зависит от объема теплоаккумулятора.

Емкость монтируют в систему между котельной и приборами отопления. Перемещение теплоносителя обеспечивают 2 циркуляционных насоса. Второй насос вместе с трехходовым клапаном обеспечивает подачу горячей воды из буферной емкости в приборы отопления. Процесс горения в твердотопливном котле длится 2−4 часа.

За это время накопитель полностью наполняется горячей водой, которой хватит до следующей закладки топлива. В зависимости от конструкции буферный бак может исполнять роль гидрораспределителя, что позволяет подключить к нему несколько контуров. Для горячего водоснабжения внутри емкости устанавливают теплообменник в виде змеевика.

https://youtube.com/watch?v=kOKhfk_ol-o

Применение коллектора

При обвязке более мощных пиролизных котлов длительного горения, например, таких как Корди АОТВ-100, используется коллектор. Такая схема применяется в больших помещениях и многоэтажных зданиях. Очень часто вместе с коллектором устанавливается гидрострелка и смесительный узел.

Эта система позволяет обвязать каждый отопительный прибор отдельными трубопроводами. Коллектор служит для распределения теплоносителя по контурам, гидрострелка регулирует температуру и давление, а смесительный узел обеспечивает его смешивание.

Такие сложные схемы используются в системе «Теплый пол», где существует большая разница между температурой входящего и выходящего теплоносителя. Коллектор представляет собой трубу небольшого диаметра с одним входным и несколькими боковыми отверстиями. Одна трубка подключается к подаче, вторая — в обратную линию трубопроводов.

Популярны коллекторы, выполненные из полипропилена. Этот материал облегчает сборку устройства. Полностью обвязку котла с коллектором можно выполнить самостоятельно, но настройку оборудования лучше доверить специалистам. После правильной настройки значительно легче будет управлять системой, и снизится нагрузка на котловое оборудование.

Емкость для горячего водоснабжения

В схему двухконтурного твердотопливного котла устанавливается бойлер косвенного нагрева, используемый для получения горячей воды на хозяйственные нужды. Устройство представляет собой большую цилиндрическую емкость, внутри которой проходит теплообменник.

Обычно он представляет собой спираль из медной трубы, закольцовываемой с источником тепла. Горячий теплоноситель циркулирует по теплообменнику и нагревает воду внутри емкости. Существуют комбинированные модели, в которых дополнительно устанавливается электрический нагреватель.

Корпус бойлера защищен теплоизоляцией и кожухом. Водонагреватели бывают закрытого и открытого типа. Первые используются для напорного водоснабжения нескольких точек. Открытые устройства могут обеспечить только одно водоразборное место.

Выбор устанавливаемых устройств в обвязку твердотопливного котла зависит от многих факторов, а именно: от особенностей системы отопления, мощности и вида источника тепла, необходимости монтажа дополнительных элементов.

Схема обвязки твердотопливного котла отопления

Специфика работы системы отопления с котлом на твердом топливе заключается в сложности регулирования температурного режима. Эта задача решается установкой дополнительных элементов. Они предназначены для предотвращения аварийных ситуаций, а также повышают эффективность работы отопления.

Содержание статьи:

• Назначение оборудования
• Гравитационная система
• Принудительная
• Элементы обвязки
• org/ListItem”> Расширительный бак
• Группа безопасности

Назначение оборудования

Котел любого типа, независимо от используемого вида энергоносителя, предназначен для своевременного нагрева воды (антифриза). Однако твердотопливные модели, в отличие от работающих на газе или электричестве, имеют большую степень инерционности. Т.е. пользователь физически не может оперативно снизить температуру в топке. Поэтому в качестве дополнения необходима схема обвязки твердотопливного котла отопления.

К содержанию ↑

Гравитационная система

Циркуляция теплоносителя происходит за счет повышения его температуры и расширения. Для создания напора после выхода котла подключается разгонный стояк, от которого осуществляется вертикальная или горизонтальная разводка трубопроводов.

В этом случае обвязка котла на твердом топливе будет минимальна. Обычно она состоит из следующих элементов:

1. Термометры. Помимо встроенных в котел, необходимо установить датчики температуры на обратной и подающей трубе. Так можно контролировать температурный режим работы.
2. Обратный клапан. Предназначен для предотвращения обратного движения воды по трубопроводам.
3. Расширительный бак. Необходим для стабилизации объема теплоносителя при превышении критического уровня нагрева. С его помощью также можно пополнять трубы водой.

Подобная схема обвязки рекомендована для небольших отопительных систем с максимальной мощностью до 10 кВт или для дома общей площадью до 100 м². Увеличение количества радиаторов и протяженности магистрали приведет к повышенному гидравлическому сопротивлению. В таком случае возрастает вероятность отсутствия естественной циркуляции теплоносителя.

К содержанию ↑

Принудительная

Эта схема отопления работает за счет создания избыточного давления в трубах (до 3 атм.). Еще во время заполнения системы циркуляция осуществляется с помощью установленного насоса.

Для поддержания стабильного режима работы обвязка котла сложнее, чем у гравитационной системы. Главное отличие – стабилизация давления с учетом возможного превышения критической температуры воды. Полная схема включает в себя такие компоненты:

1. Циркуляционный насос.
2. Герметичный расширительный бак.
3. Узел подпитки. Автоматически дополняет теплоноситель в трубопровод при снижении давления.
4. Группа безопасности. Состоит из воздухоотводчика, предохранительного клапана и манометра. Необходима для снижения давления во время превышения температурного режима. Частично дублирует функцию расширительного бака, но рассчитана для более резких скачков давления и температуры.
5. Деаэратор снижает % содержание воздуха в воде. Его монтаж необязателен.

Дополнительно устанавливается буферная емкость, представляющая собой герметичный бак большой емкости, подключаемый к системе отопления. После отключения котла тепловая энергия теплоносителя, находящегося в емкости, будет некоторое время поддерживать оптимальный температурный режим.

Внешне схожий с баком аккумулятор, предназначен для организации горячего водоснабжения. Разница между ним и буферной емкостью заключается в конструкции. В баке расположен змеевик, по которому протекает теплоноситель системы отопления. Альтернативная схема может быть реализована за счет теплообмена между двумя емкостями. В одной находится вода для ГВС, а во второй – теплоноситель.

Нагрев воды в баке происходит во время работы отопления. Преимущество подобной схемы заключается в возможности использования в качестве теплоносителя как дистиллированной воды, так и антифриза.

К содержанию ↑

Элементы обвязки

Корректная работа отопления во многом зависит от правильности выбора компонентов обвязки котла. Проще всего обратиться к специалистам, которые составят подробную схему и набор комплектующих для конкретной схемы. Однако собственник должен знать основные критерии выбора того или иного компонента.

Расширительный бак

В открытой системе он монтируется в самой верхней точке отопления. К нему подключается разгонный вертикальный трубопровод.

Основные требования к конструкции открытого расширительного бака и его эксплуатации заключаются в следующем:

• Его объем должен составлять 5% от общего количества воды в системе отопления.
• Бак заполняется на 2/3.
• Обязателен патрубок перелива.
• Теплоизоляция. Так как зачастую конструкция устанавливается в чердачном помещении – для уменьшения тепловых потерь нужно предусмотреть дополнительную изоляцию корпуса.

Для изготовления открытого расширительного бака лучше всего использовать нержавеющий металл или оцинкованную сталь. Делать его из пластиковых емкостей не рекомендуется.

Расширительный бак для отопления с принудительной циркуляцией монтируется на обратной трубе перед насосом. Принцип его работы заключается в компенсации превышения давления за счет изменения объема водяной камеры. Эластичная мембрана смещается, тем самым увеличивая полезный объем всей системы отопления.

Перед монтажом необходимо ознакомиться с особенностями этого элемента обвязки твердотопливного котла:

• Оптимальный объем определяется значениями минимального и максимального давления в системе. По таблице из инструкции выбирается нужная модель.
• Возможность замены мембраны. Это свойственно для относительно больших моделей расширительных баков емкостью от 30 л. и более.
• Установка спускного клапана на воздушную камеру для оперативного снижения давления в случае возникновения аварийной ситуации.

Рекомендуется проводить периодические проверки целостности мембраны. Определить возможный дефект (нарушение целостности) можно во время заполнения воздушной камеры.

К содержанию ↑

Группа безопасности

Это обязательный компонент в схеме обвязки твердотопливного котла. Группа безопасности монтируется на выходной магистрали. Именно в этом месте системы наибольшие значения давления и температуры.

При появлении пара откроется клапан воздухоотводчика, тем самым стабилизируя давление. Помимо этого он предотвратит появление воздушных пробок. Аналогичную функцию выполняет предохранительный клапан. Но он удаляет не воздух, а теплоноситель. Важно правильно установить критические значения активации этих элементов обвязки. Для этого производители предусмотрели регулировочный винт.

Это общее описание обвязки для типичного твердотопливного котла. Ее комплектация может измениться в зависимости от фактических параметров системы отопления.

Читайте также:

• Как выбрать электрический котел отопления
• Схема подключения бойлера косвенного нагрева
• Электрический котел для дачи
• Электрические котлы отопления: Отзывы
• Котел на отработке с водяным контуром

Буферные резервуары и модулирующие конденсационные котлы

Дополнительный компонент устраняет короткие циклы и снижает износ

В течение последнего десятилетия мы стали свидетелями феноменального роста установок модуляционно-конденсаторных котлов, в основном в качестве модернизации существующих систем.

Первые несколько лет мод-кона были завалены плохими установками из-за отсутствия образования в торговых отраслях по первичным/вторичным трубопроводам. Теплообменники с высоким перепадом давления не были согласованы с правильным выбором циркуляционного насоса, что привело к огромному количеству коротких циклов.

Глянцевые листовки производителя оправдали ожидания потребителей на рекордно высоком уровне: 95-процентная эффективность, бесшумная работа и гибкость установки. И с тех пор мы узнали, что эти системы нуждаются в ежегодном обслуживании как на стороне огня, так и на стороне воды теплообменника. Мы также узнали, что происходит, когда вы занижаете размер циркуляционного насоса и/или увеличиваете размер котла.

Суть дела

При расчете и выборе современных котлов мы, как профессионалы в области отопления, рассчитываем оборудование в зависимости от нагрузки дома в БТЕ/час. В большинстве домов в районе Новой Англии потери тепла составляют около 25-35 БТЕ/час на квадратный фут.

При расчете котлов мы заметили, что нагрузка на горячее водоснабжение (ГВС) постоянно превышала нагрузку на отопление. Большинство мод-конов имеют встроенный контроллер сброса для изменения температуры подачи в зависимости от того, что происходит на улице. Чем холоднее на улице, тем теплее вода в бойлере; чем теплее на улице, тем холоднее вода в бойлере. Котлы также имеют термисторы на подаче и обратке, которые изменяют мощность котла в зависимости от нагрузки, т. е. система управления котлом увеличивает или уменьшает мощность в зависимости от разницы между температурами подачи и обратки.

В настоящее время большинство современных котлов имеют динамический диапазон не менее 5:1, однако при выборе размера для ГВС вы чаще всего обнаружите, что размер вашего котла может находиться в диапазоне от 120 000 до 150 000 БТЕ/час.

Загадка ГВС

При расчете котла, скажем, для дома площадью 2500 квадратных футов с теплопотерями 75 000 БТЕ/ч, мы обнаруживаем, что нагрузка ГВС (целых 150 000 БТЕ/ч) значительно выше, чем тепловая нагрузка. В отличие от водонагревателей безбакового типа, этот недостаток БТЕ можно преодолеть, добавив косвенный водонагреватель. Но котел по-прежнему слишком велик для нужд отопления.

Еще больше усложняет ситуацию то, что многие из сегодняшних больших домов будут иметь комбинацию нагревателей, которые требуют разных температур. В доме площадью 2500 квадратных футов нередко бывает пять или шесть зон с различными температурными требованиями: высокая температура для ГВС; умеренно высокая для плинтуса и/или кондиционеров; умеренно низкий для основного радианта; и низкий для внутриплитного излучателя. Чтобы лучше понять эти проблемы, давайте взглянем на одну из этих зон.

Зона площадью 500 квадратных футов, обогреваемая плинтусом высотой 25 футов, с номинальной мощностью 600 БТЕ/час при 180°F на погонный фут.

Предполагая, что потери тепла в этой зоне составляют 30 БТЕ/час на квадратный фут в самый холодный день, расчет прост:

              500 квадратных футов x 30 БТЕ = 15 000 БТЕ/час.  Общее количество БТЕ/час, необходимое для этой зоны.

Итак, как повлияет сброс на эти номера?

Короткий цикл

Когда температура воды падает до 150°F при температуре наружного воздуха 35°F, плинтус теперь будет выдавать всего 400 БТЕ/час на фут вместо 600 БТЕ/час согласно номиналам производителя. Модуль Mod-con, рассчитанный на нагрузку ГВС, имеет мощность 150 000 БТЕ/час с диапазоном регулирования 5:1, теперь работает на 30 000 БТЕ/час, чтобы удовлетворить нагрузку всего в 10 000 БТЕ/час. Можно сказать короткий цикл?

Что дает короткое циклирование этим маломассивным конденсаторным агрегатам? Два худших момента в цикле горения — это запуск и остановка. Это когда дымовые газы самые грязные. Вы будете сжигать больше газа; вы создадите износ всех компонентов; вы сократите срок службы теплообменника и да, ваш клиент будет недоволен, потому что вы рекомендовали более дорогой, сверхэффективный котел, который должен был сэкономить им деньги! Итак, что может быть сделано?

Буферная зона

Простой способ преодолеть короткое циклирование — добавить буферную емкость; четырехпортовый, хорошо изолированный сосуд, предназначенный для использования в качестве резервуара БТЕ. Буферный бак устанавливается между котлом и системой подобно гидравлическому сепаратору (см. рисунок выше) . Думайте об этом как о гидравлическом сепараторе на стероидах. Это также имеет дополнительное преимущество, заключающееся в устранении необходимости в первичном/вторичном трубопроводе.

Размер очень важен и прост, если вы используете эту простую формулу:

Минимальная частота срабатывания – Минимальная нагрузка x Время работы ÷ 10 000 (ΔT x 500).

Или в нашем случае: 30 000 БТЕ/час – 10 000 БТЕ/час x 10 минут ÷ 10 000 = 20 галлонов. Таким образом, установив 20-галлонный буферный бак (или ближайший к нему по размеру), вы получите следующие преимущества:

• Устранение коротких циклов;
• Простая разводка трубопроводов для смешанных температур, так как первичный/вторичный контуры больше не нужны;
• Предотвращение износа компонентов вашего котла;
• Гидравлический сепаратор для лучшего перемешивания;
• Потеря ½°F нагретой воды в час;
• Повышенное содержание воды для отопительных нагрузок;
• Возможность микрозонирования.

Не забудьте буферизовать

Несомненно, повышенная эффективность может быть достигнута за счет конденсации дымовых газов, и производители котлов на протяжении многих лет добавляли множество функций, чтобы «демистифицировать» свои продукты, облегчая нам их установку. Но факт остается фактом: многие из этих котлов работают за пределами своих проектных параметров. Хотя недостаточное излучение является распространенной проблемой, негативные последствия коротких циклов можно значительно уменьшить, добавив буферный резервуар.

ПРИМЕРЫ СИСТЕМЫ | Caleffi Idronics

ПРИМЕР #1: ОДНА ЗОНА «ТОЛЬКО НАГРЕВ»

В этой и связанных с ней статьях многие детали из предыдущих разделов объединены в полные системы. Эти системы сконфигурированы вокруг моноблочных, а также сплит-систем тепловых насосов воздух-вода. Некоторые системы предназначены только для обогрева. Другие включают нагрев воды для бытовых нужд и охлаждение охлажденной воды. Различные подходы к деталям, таким как трубопровод буферного резервуара, нагрев воды для бытовых нужд и вспомогательное теплоснабжение, смешиваются в различных системах. Возможны многие дополнительные комбинации этих деталей и узлов.

СИСТЕМА #1

Эта система, показанная на рис. 8-1, представляет собой однозонное приложение «только отопление», в котором моноблочный тепловой насос «воздух-вода» снабжает обогреваемую плиту пола. Это простое устройство было бы идеальным для гаража или магазина.

Высокая тепловая масса плиты обеспечивает значительный буферный эффект, устраняя необходимость в буферной емкости. Эта система предполагает, что тепловой насос может контролировать температуру жидкости, подаваемой в распределительную станцию ​​теплого пола. Если тепловой насос имеет компрессор с фиксированной скоростью, он будет включаться и выключаться, чтобы поддерживать температуру подаваемой воды в пределах некоторого перепада выше и ниже заданной температуры. Если бы у теплового насоса был компрессор с регулируемой скоростью, он бы модулировал температуру подачи так, чтобы температура подачи была как можно ближе к целевому значению. Целевая температура может быть фиксированным значением, подходящим для расчетной тепловой нагрузки, или она может быть основана на управлении сбросом наружного воздуха. Последнее имеет значительное преимущество, поскольку позволяет системе работать при более низких температурах жидкости при повышении температуры наружного воздуха. Это значительно улучшит сезонный КПД теплового насоса.

Электроэнергия для работы циркуляционных насосов (P1) и (P2) подается через тепловой насос. Для самого высокого сезонного COP оба этих циркуляционных насоса должны иметь двигатели с электронной коммутацией (ECM).

Гидравлический сепаратор SEP4 обеспечивает высокоэффективную сепарацию воздуха, грязи и магнитных частиц в системе. Он также обеспечивает гидравлическое разделение циркуляционных насосов (P1) и (P2), обеспечивая стабильный, но потенциально разный расход. Эта конфигурация также обеспечивает непрерывную работу

циркуляционного насоса (P2), а циркуляционный насос (P1) включается и выключается вместе с тепловым насосом. Непрерывная работа циркуляционного насоса помогает уменьшить колебания температуры поверхности сляба.

Эта система работает с антифризом на основе пропиленгликоля. Он оснащен двумя двунаправленными клапанами наполнения/продувки для быстрого заполнения системы и удаления объемного воздуха во время ввода в эксплуатацию.

Пружинный обратный клапан возле верхнего левого соединения на SEP4 предотвращает обратное термосифонирование через тепловой насос, когда он выключен.

Вся система может управляться простым настенным термостатом.

Рисунок 8-1

ПРИМЕР #2: РАСШИРЕННОЕ ЗОНИРОВАНИЕ «ТОЛЬКО ОТОПЛЕНИЕ»

СИСТЕМА № 2

Система, показанная на рис. 8-2, представляет собой еще одно приложение «только для отопления», но с обширным зонированием системы распределения тепла.
Тепловой насос воздух-вода сплит-системы работает для поддержания температуры воды в буферном резервуаре на уровне температуры, основанной на управлении сбросом наружного воздуха. Эта вода питает домашнюю распределительную систему, в которой одна коллекторная станция питает шесть панельных радиаторов с независимым управлением, каждый из которых оснащен термостатическим приводом клапана. Размер каждого панельного радиатора обеспечивает расчетную тепловую мощность в связанном с ним пространстве при подаче воды с температурой 120ºF. При повышении температуры наружного воздуха целевая температура в буферном резервуаре снижается. Это значительно увеличивает сезонный КПД теплового насоса.
 

Буферный резервуар имеет 3-х трубную конфигурацию, что позволяет теплу течь непосредственно от теплового насоса к нагревателям, когда это необходимо, когда тепловой насос работает. Остаток потока, выходящего из теплового насоса, проходит через буферный бак. Весь поток, возвращающийся от панельных радиаторов, проходит в нижнюю часть бака. Это способствует тому, чтобы тепловая масса бака хорошо «занималась» процессами потока энергии.

Рисунок 8-2

Система распределения тепла очень проста. В течение отопительного сезона непрерывно работает один циркуляционный насос с регулированием давления и переменной скоростью. Его скорость автоматически увеличивается и уменьшается для поддержания постоянного перепада давления, когда термостатические клапаны на панельных радиаторах открываются, закрываются или модулируются.

Термостатический клапан на каждом радиаторе позволяет ему работать как отдельной зоне, поддерживая желаемый уровень комфорта в каждом помещении. Тепловой насос сплит-системы позволяет гидравлической системе работать без антифриза. Магнитный сепаратор грязи защищает конденсатор теплового насоса. Комбинированный сепаратор воздуха/грязи/магнитных частиц защищает двигатель с постоянными магнитами в циркуляционном насосе ECM от оксида железа. Он также обеспечивает высокоэффективное разделение воздуха в системе.

Пружинный обратный клапан предотвращает обратное термосифонирование между буферным резервуаром и тепловым насосом. Это уменьшает внешние потери тепла через трубопровод при выключенном тепловом насосе. При необходимости тепловой насос можно отключить от баланса системы для обслуживания. Эта система также имеет очень простые требования к управлению. С помощью одного переключателя можно «включить» систему в начале отопительного сезона. Тепловой насос и связанный с ним циркуляционный насос включаются и выключаются по мере необходимости для поддержания заданной температуры воды в буферном резервуаре. Распределительный циркуляционный насос (P2) работает непрерывно, но всегда отслеживает существующий перепад давления в зависимости от состояния термостатических клапанов радиатора. С современной технологией циркуляционных насосов ECM и правильным подбором компонентов эта распределительная система может точно подавать более 1500 БТЕ/ч на ватт электроэнергии, подаваемой на циркуляционный насос (P2). Это гораздо более высокая эффективность распределения, чем та, которую можно было бы достичь при принудительной доставке воздуха.

ПРИМЕР #3: НАГРЕВ НЕСКОЛЬКИХ ЗОН С НЕСКОЛЬКИМИ ТЕПЛОВЫМИ ИЗЛУЧАТЕЛЯМИ

СИСТЕМА № 3

Система, показанная на рис. 8-3, обеспечивает несколько зон обогрева помещений смесью источников тепла. Он также обеспечивает горячую воду для бытовых нужд.

Сплит-система с тепловым насосом воздух-вода является основным источником тепла. Электрический котел, подключенный параллельно конденсатору теплового насоса, при необходимости обеспечивает вторую ступень подачи тепла. Он также обеспечивает резервирование теплового насоса, если он не работает. Каждый источник тепла оснащен предохранительным клапаном и при необходимости может быть полностью изолирован. В зависимости от местных правил, для электрического котла может потребоваться отсечка при низком уровне воды и контроллер верхнего предела с ручным сбросом.

Оба источника тепла обеспечивают буфер «бак в баке». Внутренний бак изготовлен из нержавеющей стали и вмещает 40 галлонов бытовой воды. Он окружен внешним резервуаром, который получает тепло от теплового насоса или электрического котла. Тепло передается от системной воды во внешнем баке к воде для бытовых нужд во внутреннем баке всякий раз, когда первая имеет более высокую температуру, чем вторая. Холодная вода для бытовых нужд поступает во внутренний бак всякий раз, когда есть водоразбор из прибора для горячей воды. Температура бытовой воды, выходящей из внутреннего бака, зависит от температуры, поддерживаемой в корпусе бака. Безбаковый электрический водонагреватель с термостатическим управлением нагревает воду для бытовых нужд до желаемой температуры подачи.

Буферный резервуар имеет 3-трубную конфигурацию. Нагретая вода от теплового насоса или электрического котла может поступать непосредственно в одну или несколько зон обогрева помещений, если любой источник тепла включен одновременно с одной или несколькими зонами.

Любая разница в скорости потока между источником(ами) тепла и зонами проходит через буферный резервуар. Весь обратный поток проходит в нижнюю часть буферного резервуара и, таким образом, хорошо поддерживает его тепловую массу. В трубопроводе, выходящем из теплового насоса и электрокотла, установлен подпружиненный обратный клапан. Эти клапаны предотвращают обратный поток термосифона из нагретого бака через любой источник тепла, когда они закрыты.

Рисунок 8-3

Температура воды в баке контролируется 2-ступенчатым внешним контроллером сброса. При расчетной нагрузке целевая температура воды в баке составляет 120ºF. Целевая температура снижается по мере повышения температуры наружного воздуха. Минимальная целевая температура составляет 100ºF. Поддержание температуры бака в этом диапазоне позволяет тепловому насосу работать с относительно хорошим КПД. Это также позволяет тепловому насосу обеспечивать большую часть «температурного подъема», необходимого для ГВС. Если тепловой насос не может поддерживать необходимую заданную температуру, контроллер включает электрический бойлер для дополнительного подвода тепла. Существует 5-минутная задержка между ступенями, чтобы дать тепловому насосу время стабилизировать свою работу перед включением электрического котла.

Отопление помещений осуществляется с помощью нескольких типов тепловых излучателей. На первом этаже дома используется комбинация панельных радиаторов, полотенцесушителя и двух зон трубчато-пластинчатого теплого пола. Все эти эмиттеры рассчитаны на расчетную выходную нагрузку при температуре 120ºF, поэтому все они могут питаться как параллельные цепи. Полотенцесушитель соединен последовательно с короткой трубкой, что обеспечивает небольшую площадь обогрева пола в главной ванной комнате. Каждый из трех панельных радиаторов имеет встроенные термостатические радиаторные клапаны и работает независимо. Основная ванная комната и еще одна зона подогрева пола оснащены неэлектрическими регулирующими клапанами, которые соединены с дистанционными регуляторами с помощью капиллярных трубок.

Поток во все контуры основного этажа обеспечивается циркуляционным насосом с переменной скоростью и регулируемым давлением, работающим в режиме постоянного перепада давления. Все контуры начинаются и заканчиваются на общей коллекторной станции, оборудованной тремя «дополнительными» соединениями. Эти соединения изначально закрыты, но позволяют легко добавлять дополнительные панельные излучатели или другие излучатели в будущем.

Подвальная плита дома также отапливается. Для плитных контуров требуется более низкая температура воды по сравнению с контурами основного пола (100ºF воды при расчетной нагрузке). Эта температура воды обеспечивается 3-ходовым смесительным клапаном с электроприводом, также управляемым с помощью наружного регулятора сброса.

ПРИМЕР #4: ДВУХЗОННЫЙ НАГРЕВ И ОХЛАЖДЕНИЕ

СИСТЕМА №4

Система, показанная на рис. 8-4, обеспечивает нагрев и охлаждение двух зон. Система может работать только в одном режиме (например, нагрев или охлаждение) одновременно. Буферный бак и тепловой насос показаны в режиме обогрева.

Источником тепла и охлаждения является односкоростной моноблочный тепловой насос типа «воздух-вода». Буферный резервуар имеет 3-трубную конфигурацию и используется как в режиме нагрева, так и в режиме охлаждения. Вся система работает на растворе антифриза на основе пропиленгликоля.

В режиме обогрева циркуляционный насос с регулируемой скоростью вращения обеспечивает две независимые зоны лучистого панельного отопления. Поток через каждую коллекторную станцию ​​контролируется зональным клапаном. Каждая коллекторная станция также имеет балансировочный клапан потока. Зональные клапаны фанкойлов остаются закрытыми в режиме обогрева.

В режиме охлаждения один и тот же циркуляционный насос питает два независимо управляемых фанкойла. Каждый контур фанкойла имеет балансировочный клапан потока. Зональные клапаны коллекторных станций отопления остаются закрытыми в режиме охлаждения.

В режиме обогрева тепловой насос и связанный с ним циркуляционный насос включаются и выключаются на основе контроллера сброса наружного воздуха, который отслеживает температуру в средней точке буферного резервуара. Это управляющее действие не зависит от запроса тепла от комнатных термостатов. Чем выше температура наружного воздуха, тем ниже целевая температура, рассчитанная этим контроллером. Максимальная температура воды в режиме обогрева составляет 110ºF. Минимальная температура составляет 80ºF.

Контроллер сброса работает с дифференциалом 10ºF относительно целевой температуры. Эти температуры позволяют тепловому насосу работать с относительно высоким КПД. В режиме охлаждения тепловой насос и связанный с ним циркуляционный насос включаются и выключаются на основе контроллера заданного значения температуры, который отслеживает другой датчик в средней точке резервуара. Тепловой насос включается, когда температура бака достигает 60ºF или выше. Тепловой насос отключается, когда температура бака падает до 45ºF. Тепловой насос работает независимо от запросов на охлаждение от комнатных термостатов. Пружинные обратные клапаны используются для предотвращения обратного термосифонирования из резервуара и для ограничения миграции охлажденной воды в нагревательные части распределительной системы.

Магнитный сепаратор грязи используется для защиты теплового насоса и высокоэффективного циркуляционного насоса от грязи и оксидов железа.

Рисунок 8-4

ПРИМЕР #5: ЗОНЫ УПРАВЛЕНИЯ НАПОЛЬНЫМ ОТОПЛЕНИЕМ И ЗОНАМИ ОХЛАЖДЕНИЯ С ХОЛОДНОЙ ВОДОЙ

СИСТЕМА №5

Система, показанная на рис. 8-5, обеспечивает две независимо контролируемые зоны обогрева пола, а также две связанные зоны охлаждения охлажденной водой. Он также обеспечивает горячую воду для бытовых нужд.

Эта система оснащена моноблочным тепловым насосом воздух-вода с регулируемой скоростью. Возможность регулирования скорости позволяет охлаждающей части системы работать без буферного резервуара. В режиме охлаждения скорость компрессора теплового насоса автоматически регулируется по мере необходимости для поддержания температуры охлажденной воды в пределах от 45° до 60ºF, когда работает один (или оба) кондиционера охлажденной воды. Примечание. Зональные распределительные системы охлаждения не следует использовать с тепловым насосом с фиксированной скоростью, если не предусмотрен буферный резервуар.

Моторизованный переключающий клапан используется для направления выхода теплового насоса на баланс системы, связанный с каждым режимом работы. Эта система может обеспечивать ограниченное количество одновременного нагрева и охлаждения. Буферный бак может подавать некоторое количество тепла в контуры пола, а также предварительно нагревать воду для бытовых нужд, пока тепловой насос работает в режиме охлаждения.

Одним из возможных сценариев управления может быть настройка элементов управления для определения приоритета работы в режиме охлаждения в течение сезона охлаждения и работы в режиме обогрева в течение отопительного сезона. Тепловой насос переключится на нагрузку с более низким приоритетом только после временного удовлетворения нагрузки с более высоким приоритетом.

Другой возможностью управления может быть установка целевой температуры буферного резервуара с помощью управления сбросом наружного воздуха во время отопительного сезона и переключение этой целевой температуры на более высокий и более узкий диапазон в теплую погоду, когда КПД теплового насоса относительно высок. Это позволит обеспечить более высокий процент энергии, необходимой для ГВС, тепловым насосом, а не резистивными нагревательными элементами в дополнительном водонагревателе.

Рисунок 8-5

ПРИМЕР #6: НЕСКОЛЬКО ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ ВОЗДУХ-ВОДА

СИСТЕМА #6

Можно использовать несколько тепловых насосов типа «воздух-вода» в системах, требующих большей мощности нагрева или охлаждения, чем может обеспечить один тепловой насос. Использование нескольких тепловых насосов также добавляет системе «избыточности» в случае, если один из тепловых насосов не работает.

В системе на рис. 8-6 показаны три моноблочных тепловых насоса типа «воздух-вода», соединенных трубопроводами таким образом, что каждый тепловой насос может независимо работать в режиме нагрева или охлаждения.

Эта система имеет «горячий» буферный бак и «холодный» буферный бак. Элементы управления системы отслеживают температуру каждого резервуара и вызывают включение теплового насоса, когда температура любого из резервуаров незначительно отклоняется от заданной температуры или выходит за пределы установленного диапазона температур. Температура воды в «горячем» буферном резервуаре будет регулироваться на основе внешнего управления сбросом. Температура воды в «холодном» буферном резервуаре будет поддерживаться в диапазоне от 45° до 60°F при наличии охлаждающей нагрузки. Когда тепловой насос вызывается для работы, открываются пары зональных клапанов, соответствующие его режиму работы. Также устанавливается состояние реверсивного клапана теплового насоса. Циркуляционный насос с регулируемой скоростью вращения работает для создания потока через соответствующий буферный резервуар. Скорость циркуляционного насоса основана на пропорциональном регулировании перепада давления. Скорость автоматически увеличивается или уменьшается в зависимости от количества работающих тепловых насосов. Клапаны на каждом тепловом насосе также устроены таким образом, что зональные клапаны или тепловой насос могут быть отключены от баланса системы, если это необходимо для обслуживания.

Рисунок 8-6

Каждый буферный резервуар обеспечивает гидравлическое разделение между циркуляционными насосами теплового насоса и циркуляционными насосами нагрузки.

Зоны обогрева снабжены низкотемпературными излучающими панелями. Поток к каждой коллекторной станции контролируется зональным клапаном. Каждый узел трубопровода коллекторной станции также оснащен балансировочным клапаном и продувочным клапаном. Эти клапаны устроены таким образом, что каждая станция коллектора и связанный с ней зональный клапан могут быть полностью изолированы от баланса системы, если это необходимо для обслуживания.

Зоны охлаждения снабжены фанкойлами. Каждый узел трубопровода фанкойла оснащен балансировочным клапаном и продувочным клапаном. Эти клапаны расположены таким образом, чтобы каждый фанкойл и связанный с ним зональный клапан могли быть полностью изолированы от баланса системы, если это необходимо для обслуживания.

Поскольку эта система может одновременно обеспечивать отопление и охлаждение, при включении тепловых насосов приоритет должен иметь один режим работы. Существует несколько возможностей. Например, в отопительный сезон вероятным приоритетом будет возможность поддерживать достаточную температуру воды в «горячем» буфере. Как только эта температура будет установлена, по крайней мере одному из тепловых насосов будет разрешено работать в режиме охлаждения, если присутствует охлаждающая нагрузка. В сезон охлаждения, вероятно, все тепловые насосы будут иметь приоритет для удовлетворения потребности в охлаждении.

Хотя это и не показано на рис. 8-6, между двумя буферными резервуарами может работать водоводяной тепловой насос, когда существует одновременная потребность в нагреве и охлаждении. Тепловые насосы типа «воздух-вода» дополнят скорость нагрева или охлаждения, необходимую системе.

Концепции трубопроводов и управления, обсуждаемые для этой системы, при необходимости могут быть распространены на дополнительное количество тепловых насосов. «Горячий» буфер можно использовать для подачи смеси источников тепла, таких как излучающие панели и панельные радиаторы. Аналогичным образом, «холодный» буфер может обеспечивать сочетание терминальных устройств, таких как фанкойлы, кондиционеры и панели лучистого охлаждения. Последнее требует специальных трубопроводов и средств управления, чтобы гарантировать, что панель всегда остается выше точки росы внутреннего воздуха.

 

Дополнительную информацию об излучающем охлаждении можно найти в idronics  #13

ОБЗОР ПРИМЕРОВ СИСТЕМ

Технологии охлаждения 21 века теперь позволяют тепловым насосам с воздушным источником работать в холодном зимнем климате со значительно улучшенными характеристиками по сравнению с тепловыми насосами предыдущего поколения. Сочетая технологию тепловых насосов на основе воздуха с низкой температурой окружающей среды с универсальностью и высокой эффективностью распределения современной гидроники, проектировщики могут создавать системы для непревзойденного комфорта в обогреве и охлаждении, а также для производства горячей воды для бытовых нужд. Эти системы идеально подходят для использования с электричеством из возобновляемых источников, целями сокращения выбросов углерода и строительными проектами с нулевыми выбросами.