Один источник тепла, два потребителя: почему теплый пол не греет?

В системе теплового насоса воздух-вода, обслуживающей как теплый пол, так и фанкойлы, одна из самых распространенных жалоб звучит так:

“Тепловой насос работает, вода на выходе горячая, но теплый пол все равно не может должным образом обогреть помещения.”

При устранении этой проблемы многие сразу подозревают недостаточную мощность теплового насоса.

Однако тепловой насос может вырабатывать достаточно тепла.

Настоящая проблема может быть гораздо проще:

Гидравлическая система не обеспечивает достаточную циркуляцию воды.

Недостаточный поток воды является одной из самых распространенных гидравлических проблем в системах тепловых насосов воздух-вода и теплых полов. Он может быть вызван трубами недостаточного диаметра, чрезмерным перепадом давления, слишком большим количеством фитингов, плохой установкой, неправильным выбором насоса, неправильным расположением насоса или неподходящей архитектурой системы.

В Части 5 нашей серии статей «Один источник тепла, два потребителя» мы объясняем, как недостаточный поток в системе влияет на работу теплого пола и как инженеры должны диагностировать эту проблему.

1. Почему поток воды важен в системе отопления тепловым насосом

Гидравлическая система отопления передает тепло путем циркуляции воды.

Основное соотношение выглядит так:

$$Q = ṁ × c_p × ΔT$$

Где:

• ( = скорость теплопередачи

• ṁ = массовый расход воды

• Cp = удельная теплоемкость воды

• ΔT = разница температур воды на подаче/обратке

Для практических расчетов ОВК с использованием воды:

$$Следовательно:$$

o

$$Одна только тепловая мощность не гарантирует доставку тепла. Система также должна обеспечивать достаточный поток воды для транспортировки этого тепла к потребителям.$$

2. Простой пример: тепловой насос мощностью 20 кВт при ΔT = 5°C

Предположим, тепловой насос воздух-вода выдает:

20 кВт тепловой мощности

с расчетной разницей температур подачи/обратки:

5°C

Требуемый расход составляет примерно:

F

l

$$l$$ $$3.4 м³/ч$$

при фактическом сопротивлении системы.

Если трубопровод и насос могут обеспечить только 2.0 м³/ч, проблему нельзя просто решить, сказав:

“Тепловой насос мощностью 20 кВт, так что этого должно быть достаточно.”

Тепло может вырабатываться источником, но оно не может эффективно транспортироваться к полу.

3. Расход и напор насоса — это разные вещи

Это важное различие.

При выборе циркуляционного насоса инженеры должны учитывать оба параметра:

Расход

Сколько воды должно циркулировать по системе.

Обычно выражается в:

м³/ч

кПа

• л/с

• Напор насоса

• Какое гидравлическое сопротивление должен преодолеть насос при этом расходе.

Обычно выражается в:

метрах водяного столба

кПа

• Теоретически насос может обеспечить достаточный расход при низком сопротивлении, но не достичь требуемого расхода после подключения к реальной системе.

• Поэтому выбирать насос только по номинальному расходу недостаточно.

Нам нужно найти требуемую рабочую точку на:

Кривая насоса × Кривая сопротивления системы

4. Диаметр трубы — одна из первых вещей, которую нужно проверить

Очень распространенная проблема — слишком маленький диаметр основного распределительного трубопровода.

Установщик может подключить несколько коллекторов к одной основной трубе, не рассчитав:

общий расчетный расход;

скорость воды;

• потерю давления;

• одновременную потребность в работе;

• эквивалентную длину трубопровода.

• При увеличении расхода через маленькую трубу увеличивается скорость воды.

• Одновременно быстро растет падение давления.

Это может привести к:

Высокое сопротивление → Снижение расхода → Недостаточная теплопередача → Холодные зоны теплого пола

Это особенно важно в больших домах и многоэтажных зданиях.

5. Не выбирайте диаметр основной трубы только по опыту

Установщик может сказать:

“Мы обычно используем такой диаметр трубы для теплого пола.”

Это не является достаточным инженерным основанием.

Размер основной трубы должен основываться на фактической гидравлической потребности.

Профессиональный расчет должен учитывать:

Требуемая тепловая мощность

↓

Расчетная ΔT

Только после проверки этих параметров следует рассматривать повышение температуры воды.

Требуемый расход воды

Только после проверки этих параметров следует рассматривать повышение температуры воды.

Диаметр трубы

Только после проверки этих параметров следует рассматривать повышение температуры воды.

Падение давления в системе

Только после проверки этих параметров следует рассматривать повышение температуры воды.

Потери на трение в трубе

Только после проверки этих параметров следует рассматривать повышение температуры воды.

Фитинги и клапаны

Только после проверки этих параметров следует рассматривать повышение температуры воды.

Общее падение давления

Только после проверки этих параметров следует рассматривать повышение температуры воды.

Выбор насоса

Только после проверки этих параметров следует рассматривать повышение температуры воды.

6. Длина трубы — лишь часть сопротивления

Распространенная ошибка — рассчитывать только длину прямого участка трубы.

Фактическое сопротивление системы также складывается из:

отводов;

тройников;

• фильтры;

• фильтров;

• коллекторы;

• теплообменники;

• теплообменников;

• фитинги.

• Шаг 6 — Осмотр качества установки

• переходников;

• других фитингов.

• Эти компоненты создают

• локальные потери давления

.Следовательно:Когда система теплого пола не достигает нужной температуры, не увеличивайте сразу уставку теплового насоса.

o

$$эквивалентную длину трубы$$

для упрощения расчетов.Например, резкий отвод на 90° создает значительно большее сопротивление, чем плавное изменение направления.Вот почему хороший гидравлический дизайн должен избегать ненужных фитингов и резких изменений направления.

7. Почему слишком много отводов на 90° может стать проблемой

В реальных установках трубопроводы редко идут по идеально прямой траектории.

Но каждый ненужный отвод добавляет сопротивление.

По возможности, схема трубопроводов должна использовать:

более плавные траектории;

отводы большого радиуса;

• соответствующие фитинги на 45°;

• меньше ненужных изменений направления.

• Это становится все более важным, когда:

• основная труба относительно мала;

трубопровод длинный;

• требуемый расход высок;

• несколько этажей обслуживаются из одной котельной.

• Один отвод сам по себе обычно не разрушит правильно спроектированную систему.

• Проблема заключается в

накопленной потере давления по всей гидравлической цепи

.8. Установка труб ППР может создавать скрытые ограниченияКогда система теплого пола не достигает нужной температуры, не увеличивайте сразу уставку теплового насоса.

Это особенно актуально для

труб ППР

.При термоплавкой сварке чрезмерное вдавливание или плохая работа могут частично уменьшить внутренний проход для потока в соединении.Когда система теплого пола не достигает нужной температуры, не увеличивайте сразу уставку теплового насоса.

Однако внутри эффективный диаметр может стать намного меньше.

Это создает скрытое ограничение.

Симптомы могут включать:

низкий поток в системе;

большая ΔT подачи/обратки;

• слабый поток в удаленных коллекторах;

• плохая работа теплого пола;

• насос работает на высокой скорости без улучшения.

• Это одна из причин, почему измерения при пусконаладке имеют решающее значение.

• Правильный чертеж не гарантирует правильную установку.

9. Большая ΔT подачи/обратки может быть предупреждающим знаком

Предположим, тепловой насос нормально производит горячую воду.

Вы измеряете:

Вода на подаче: 42°C

Вода на обратке: 32°C

Тогда:

Δ

T

$$Соотношение прямое:$$

При заданной скорости теплопередачи

Низкий расход → Большая ΔT

и:

Высокий расход → Малая ΔT

Буферная емкость → Циркуляционный насос → Теплый пол/Фанкойлы → Буферная емкость

Это означает, что ΔT следует исследовать вместе с:

фактическим расходом;

потребностью потребителей;

• выходной мощностью теплового насоса;

• положениями клапанов;

• рабочей точкой насоса.

• 10. Большие расстояния распределения усугубляют проблему

• Другая распространенная ситуация возникает в больших виллах или коммерческих зданиях.

Тепловой насос и буферная емкость могут быть установлены далеко от отопительных приборов.

Более длинные трубы означают:

большие потери на трение;

больше фитингов;

• больше теплопотерь;

• большее требование к напору насоса.

• Если трубы также недоразмерены, эффект становится намного хуже.

• Также следует учитывать теплоизоляцию труб.

Длинная неизолированная или плохо изолированная отопительная труба может потерять значительное количество полезного тепла до того, как вода достигнет коллектора теплого пола.

Поэтому для систем с дальним распределением инженеры должны оценивать оба параметра:

Гидравлические потери + Тепловые потери

11. Многоэтажные здания требуют особого внимания

Рассмотрим трехэтажную виллу.

Типичная схема:

Тепловой насос → Буферная емкость → Основной распределительный трубопровод → Коллекторы пола

Если один центральный циркуляционный насос должен обслуживать все этажи одновременно, гидравлическая балансировка может стать сложной.

Ближайший контур может получать слишком большой поток, в то время как удаленные контуры получают слишком маленький.

Симптомы включают:

первый этаж теплый;

верхние этажи холодные;

• некоторые коллекторы получают сильный поток;

• другие получают слабый поток;

• комнаты нагреваются неравномерно.

• Простая установка более мощного насоса не всегда является лучшим решением.

• 12. Больший насос не означает автоматически лучший обогрев

Это еще одно распространенное заблуждение.

Когда пол не нагревается должным образом, некоторые установщики немедленно заменяют циркуляционный насос на более мощный.

Иногда это помогает.

Иногда это создает новые проблемы.

Слишком мощный насос может вызвать:

чрезмерную скорость воды;

гидравлический шум;

• ненужное потребление электроэнергии;

• шум клапанов;

• плохую управляемость;

• гидравлический дисбаланс.

• Правильная цель — не:

• “Установить самый большой возможный насос.”

А именно:

Выбрать насос, который обеспечивает требуемый расчетный расход при рассчитанном сопротивлении системы.

Это особенно важно, когда несколько насосов используют общую буферную емкость или общий коллектор.

Эти два понятия не следует путать.

Циркуляционный насос

Его основная задача — циркулировать воду по замкнутому гидравлическому контуру.

Повышающий насос

Его основная задача — увеличить доступное давление, когда существующее давление недостаточно для требуемых условий распределения.

В системах тепловых насосов выбор и расположение насоса должны соответствовать фактической гидравлической архитектуре.

Добавление насоса без понимания системы может создать взаимодействие давлений вместо решения проблемы.

14. Расположение насоса имеет значение

Положение установки насоса может существенно влиять на поведение системы.

Например, если буферная емкость обеспечивает гидравлическое разделение, сторона теплового насоса и сторона потребителей должны анализироваться как отдельные гидравлические контуры.

Типичная схема может выглядеть так:

Первичный контур

Тепловой насос → Буферная емкость → Тепловой насос

и:

Вторичный контур

Буферная емкость → Циркуляционный насос → Теплый пол/Фанкойлы → Буферная емкость

Это принципиально отличается от простого последовательного соединения нескольких насосов случайным образом.

Каждый насос должен иметь четко определенную гидравлическую ответственность.

15. Почему буферная емкость может помочь

Правильно спроектированная буферная емкость может выполнять несколько функций:

гидравлическое разделение;

дополнительный объем воды в системе;

• более стабильная работа теплового насоса;

• уменьшение частоты включений/выключений;

• более легкая интеграция нескольких контуров потребителей;

• улучшенная гибкость зонирования.

• В системе

• один источник тепла, два потребителя

тепловой насос может питать оба типа потребителей:Первопричиной может быть:Эти два типа потребителей могут иметь очень разные:

требования к расходу;

требования к температуре воды;

• логика управления;

• графики работы.

• Таким образом, гидравлическое разделение может упростить управление системой.

• Однако:

Буферная емкость не компенсирует неправильный размер труб или неправильно выбранный циркуляционный насос.

Каждый контур по-прежнему нуждается в адекватном расчетном расходе.

16. Первично-вторичные системы могут быть лучше для крупных проектов

Для больших вилл или многозонных проектов первично-вторичная гидравлическая архитектура может быть более практичной.

Например:

Первичная сторона

Тепловой насос → Буферная емкость

Вторичная сторона

Буферная емкость → Зональный насос 1 → Теплый пол первого этажа

Буферная емкость → Зональный насос 2 → Теплый пол второго этажа

Буферная емкость → Зональный насос 3 → Теплый пол третьего этажа
Буферная емкость → Отдельный контур → Фанкойлы
Эта архитектура позволяет различным зонам работать в соответствии с потребностью.
Если требуется обогрев только одного этажа, нет необходимости пропускать полный расчетный расход через каждый контур потребителя.

Это может улучшить:

гидравлическую стабильность;

зонирование;

• комфорт;

• управление;

• эффективность насоса.

• 17. Почему насос на обратной стороне часто используется во вторичных контурах теплого пола

• В некоторых вторичных системах теплого пола циркуляционный насос устанавливается на обратной стороне контура потребителя.

Точное расположение насоса всегда должно соответствовать гидравлической схеме, точке подключения расширительного бака, соотношению давлений и требованиям производителя.

Важный принцип — не просто «сторона подачи» против «стороны обратки».

А именно:

Насос должен быть расположен так, чтобы предполагаемый контур получал стабильное дифференциальное давление и расчетный расход, не мешая другим контурам.

Это особенно важно, когда несколько насосов используют общую буферную емкость или общий коллектор.

18. Гидравлическая балансировка необходима

Даже при правильных размерах труб и насосов несбалансированная система все равно может иметь проблемы с потоком.

Вода естественным образом следует по пути наименьшего сопротивления.

Поэтому более короткие контуры могут получать слишком большой поток, в то время как более длинные контуры получают слишком маленький.

Гидравлическая балансировка может включать:

расходомеры на коллекторах;

балансировочные клапаны;

• Не полагайтесь только на прикосновение к трубам.

• насосы с регулируемой скоростью;

• зонные клапаны;

• пусконаладочные регулировки.

• Цель — не добиться одинакового расхода в каждом контуре.

• Цель — добиться того, чтобы каждый контур получал свой

расчетный расход

.19. Практическая последовательность устранения неисправностейКогда система теплого пола не достигает нужной температуры, не увеличивайте сразу уставку теплового насоса.

Систематическая диагностика гораздо эффективнее.

Шаг 1 — Подтверждение выходной мощности теплового насоса

Проверьте:

температуру воды на выходе;

температуру воды на обратке;

• частоту/мощность работы;

• сигналы тревоги;

• фактическую потребность в отоплении.

• Шаг 2 — Измерение ΔT

• Сравните фактическую ΔT подачи/обратки с расчетным условием.

Необычно высокая ΔT может указывать на низкий расход.

Шаг 3 — Проверка фактического расхода

Используйте:

данные расхода теплового насоса;

внешний расходомер;

• расходомеры на коллекторах;

• пусконаладочные приборы.

• Не полагайтесь только на прикосновение к трубам.

• Шаг 4 — Проверка диаметра трубы

Убедитесь, что основной распределительный трубопровод может обеспечить требуемый общий расход.

Шаг 5 — Расчет падения давления

Включите:

прямые участки труб;

отводы;

• клапаны;

• фильтры;

• коллекторы;

• теплообменники;

• фитинги.

• Шаг 6 — Осмотр качества установки

• Проверьте:

частично закрытые клапаны;

забитые фильтры;

• ограничения при сварке ППР;

• пережатые трубы;

• неправильные соединения;

• воздушные пробки.

• Шаг 7 — Проверка выбора насоса

• Сравните требуемую рабочую точку с фактической кривой насоса.

Шаг 8 — Проверка положения насоса

Убедитесь, что насос обслуживает предполагаемый гидравлический контур.

Шаг 9 — Балансировка системы

Отрегулируйте каждый контур до требуемого расчетного расхода.

Шаг 10 — Повторная проверка работы в помещении

Только после того, как гидравлическая система будет работать правильно, следует оценивать эффективность отопления потребителей.

20. Таблица быстрой диагностики

Симптом

Возможная гидравлическая причина

Но если реальная проблема — недостаточный расход, этот подход не устраняет первопричину.

Лучшая последовательность устранения неисправностей:

Потребность в тепле

↓

Требуемая тепловая мощность

Только после проверки этих параметров следует рассматривать повышение температуры воды.

Требуемый расход воды

Только после проверки этих параметров следует рассматривать повышение температуры воды.

Диаметр трубы

Только после проверки этих параметров следует рассматривать повышение температуры воды.

Падение давления в системе

Только после проверки этих параметров следует рассматривать повышение температуры воды.

Рабочая точка насоса

Только после проверки этих параметров следует рассматривать повышение температуры воды.

Гидравлическая балансировка

Только после проверки этих параметров следует рассматривать повышение температуры воды.

Тепловая мощность потребителя

Только после проверки этих параметров следует рассматривать повышение температуры воды.

22. Почему правильный расход также повышает эффективность теплового насоса

Гидравлический дизайн влияет не только на комфорт.

Он также влияет на производительность теплового насоса.

Недостаточный расход может способствовать:

нестабильной температуре воды на выходе;

чрезмерной ΔT;

• снижению теплопередачи;

• частым циклам включения/выключения;

• высокому давлению защиты при определенных условиях;

• плохому восстановлению после разморозки;

• снижению сезонной эффективности.

• Поэтому тепловой насос воздух-вода никогда не следует рассматривать как изолированную машину.

• Он является частью полной гидравлической системы.

Высокоэффективный тепловой насос, подключенный к плохо спроектированной системе водоснабжения, не сможет обеспечить высокоэффективную систему отопления.

Заключительный инженерный вывод

Для системы

один источник тепла, два потребителя

, сочетающей теплый пол и фанкойлы, недостаточный поток воды является одной из наиболее важных проблем для диагностики.Первопричиной может быть:Недоразмеренная труба → Чрезмерное падение давления → Недостаточный напор насоса → Плохая гидравлическая балансировка → Недостаточный расход у потребителя → Недостаточная теплопередача → Комната не достигает заданной температуры

Решение — не просто более мощный тепловой насос или более мощный циркуляционный насос.

Правильный подход — рассматривать всю систему как гидравлическую сеть и рассчитывать:

Часть 5 — Недостаточный поток воды в системеКогда все эти параметры работают вместе, тепло, производимое тепловым насосом, фактически достигает помещений, где оно необходимо.

Часть 5 — Недостаточный поток воды в системеЭта статья является

Часть 5 — Недостаточный поток воды в системе нашей инженерной серии:

Часть 5 — Недостаточный поток воды в системеЧасть 2 — Воздух в трубах теплого пола

Часть 5 — Недостаточный поток воды в системеЧасть 4 — Недостаточная эффективная площадь теплоотдачи

Часть 5 — Недостаточный поток воды в системеБолее практичные статьи продолжат рассматривать тепловые насосы воздух-вода, теплые полы, фанкойлы и проектирование гидравлических систем с реальной инженерной точки зрения.

www.ecoheat-pump.com