공기 대 물 열 펌프 가열 또는 냉각 시스템을 설계할 때 가장 먼저 유압식 결정 중 하나는 다음을 사용할지 여부입니다.단일 루프 직접 연결 시스템또는1차-2차 순환수식 시스템.

이러한 용어는 HVAC 및 열 펌프 산업에서 널리 사용되지만 단순히 한 구성이 항상 다른 구성보다 더 효율적이라는 가정에 기초하여 선택해서는 안 됩니다.

올바른 유압 장치 배치는 다음을 포함한 여러 요인에 따라 달라집니다.

• 히트펌프 용량
• 필요한 시스템 물 흐름
• 난방 및 냉방 부하
• 터미널 장치 유형
• 가열 구역 수
• 필요한 공급수 온도
• 필요한 온도차(ΔT)
• 순환펌프 특성
• 가변 흐름 요구 사항
• 최소 히트펌프 용수량 및 유량 요구사항

이 기사에서는단일 루프 순환수식 히트펌프 시스템의 작동 원리, 유압 특성, 장점, 한계 및 일반적인 응용 분야.

1. 단일 루프 순환수 히트 펌프 시스템이란 무엇입니까?

에이단일 루프 순환수 열 펌프 시스템,라고도 함직접 연결된 순환수 시스템, 히트 펌프와 터미널 냉난방 장비가 동일한 유압 회로 내에 연결된 수성 HVAC 시스템입니다.

가장 간단한 형태는 다음과 같습니다.

히트펌프 → 순환펌프 → 가열/냉각단자 → 히트펌프

동일한 순환수는 열원측과 부하측을 모두 통과합니다.

기본-보조 시스템과 달리 일반적으로히트 펌프 회로와 분배 회로 사이에 유압 분리기가 없습니다..

시스템은 다음과 같은 단말 장비를 공급할 수 있습니다.

• 바닥 난방
• 라디에이터
• 팬 코일 유닛
• 공기조화기 코일
• 기타 순환수 가열 또는 냉각 터미널

단순화된 유압 다이어그램

공급수 → ┌────────────┐ ┌─────────────┐ │ │ │ 순환 │ │ 히트펌프 ├────►│ 펌프 ├─────────────┐ │ │ └──────────────┘ │ └───────▲──────┘ │ │ ▼ │ ┌──────────────────────┐ │ │ 부하측 │ │ │ │ │ 라디에이터 │ │ │ 팬 코일 │ │ │ 바닥 난방 │ │ └────────────┬────────────┘ │ │ └───────────────────────────────────┘ ← 물 반환

기본적인 특징은 간단합니다.

히트펌프와 터미널 장치는 동일한 순환수 흐름 경로를 공유합니다.

2. 단일 루프 히트 펌프 시스템은 어떻게 작동합니까?

작동 원리는 두 가지 기본 유압 매개변수를 통해 이해할 수 있습니다.

1. 수온차(ΔT)
2. 평균 순환수 온도

이 두 매개변수는 히트펌프와 건물 사이에 전달되는 열량과 밀접한 관련이 있습니다.

3. 공급수온과 환수온도의 이해

난방운전 시 히트펌프는 순환수의 온도를 상승시킵니다.

예를 들어:

히트펌프 → 40°C 공급수 → 가열단자 → 35°C 환수 → 히트펌프

온도차는 다음과 같습니다.

ΔT = 40°C − 35°C = 5K

단말 장비는 물에서 열 에너지를 제거하여 건물로 전달합니다.

냉각된 회수수는 히트펌프로 다시 흘러 재가열됩니다.

난방 수요가 존재하는 한 주기는 계속됩니다.

온도 프로필

히트펌프 배출구 40°C │ │ 열이 건물로 ▼ 전달됨 ─────────────────────────────► ΔT = 5 K turkey─────────────────── ▲ │ 35°C 히트펌프 흡입구

냉각 모드에서는 원리가 반대입니다. 히트 펌프는 냉수를 공급하고 터미널 장치는 실내 환경의 열을 흡수합니다.

4. ΔT가 왜 중요한가요?

순환수식 가열 시스템의 경우 전달된 열용량은 다음과 같이 대략적으로 계산할 수 있습니다.

Q = ṁ × Cp × ΔT

어디:

• 큐= 열전달 용량
• 중= 물의 질량 유량
• CP= 물의 비열 용량
• ΔT= 급수/환수 온도차

물을 사용한 실제 HVAC 계산:

Q(kW) ≒ 1.163 × 유량(m³/h) × ΔT(K)

그러므로:

유량(m³/h) ≒ Q / (1.163 × ΔT)

예

열 펌프가 다음을 제공한다고 가정합니다.

난방 용량 = 20kW

와 함께:

ΔT = 5K

필요한 물 흐름은 대략 다음과 같습니다.

20 ¼ (1.163 × 5) ≒ 3.44m³/h

이는 직접 연결된 시스템의 중요한 특성을 보여줍니다.

히트펌프 용량, 터미널 용량, 물 흐름 및 ΔT는 수력학적으로 조정되어야 합니다.

히트펌프가 터미널 분배 시스템보다 훨씬 더 많거나 적은 물 흐름을 필요로 하는 경우 직접 연결을 제어하기가 어려워질 수 있습니다.

5. 단일 루프 시스템의 에너지 균형

안정적인 작동 조건에서 열 펌프에 의해 생성된 열 에너지는 건물이 흡수하는 열 에너지와 대략 일치해야 합니다.

히트펌프 출력 ≒ 최종 열전달 ≒ 건물 난방 부하

그러나 이러한 값이 매 순간 동일한 경우는 거의 없습니다.

다음과 같은 이유로 건물 하중이 지속적으로 변경됩니다.

• 실외 온도
• 태양 복사
• 점유
• 내부 열 증가
• 온도 조절기 설정
• 구역 밸브 열림 또는 닫힘
• 팬 코일 작동
• 기상 조건

이는 순환수식 히트펌프 시스템이 지속적으로 두 요소 사이의 균형을 유지하려고 노력하고 있음을 의미합니다.열 발생 및 열 소비.

6. 히트펌프 출력이 건물 수요를 초과하면 어떻게 됩니까?

시작하는 동안 시스템을 고려하십시오.

건물과 순환하는 물은 처음에는 차가울 수 있습니다.

이 시점에서:

• 난방 수요가 높습니다.
• 반환 수온이 낮습니다.
• 터미널 측의 열 전달이 높습니다.
• 히트펌프는 상대적으로 높은 출력으로 작동합니다.

건물이 목표 온도에 접근하면 최종 열 수요가 감소합니다.

히트 펌프가 건물이 흡수할 수 있는 것보다 더 많은 열을 계속해서 생성하는 경우, 과도한 열 에너지로 인해 순환수의 온도와 시스템의 열 질량이 일시적으로 증가합니다.

결과적으로:

평균 시스템 수온이 상승합니다.

그러면 히트펌프 컨트롤러는 다음과 같이 응답합니다.

• 인버터 시스템에서 압축기 주파수를 줄이거나
• 목표 온도에 도달하면 압축기를 정지합니다.

이것이 이유 중 하나이다완전 DC 인버터 열 펌프는 적절하게 설계된 저온 순환수 시스템에 특히 적합합니다..

압축기는 최대 용량으로만 작동하거나 완전히 정지하는 대신 건물 수요 변화에 따라 출력을 조절할 수 있습니다.

7. 시스템 수량의 중요성

물의 양은 열 관성을 제공합니다.

이를 이해하는 간단한 방법은 다음과 같습니다.

히트펌프에서 열 발생 ↓ ┌──────────────┐ │ 시스템 용수 │ │ 용량 │ └──────┬───────┘ ↓ 난방 터미널 ↓ 건물

열 생산과 열 소비가 일시적으로 다른 경우 물의 양이 이러한 불균형의 일부를 흡수할 수 있습니다.

적절한 물의 양이 도움이 될 수 있습니다:

• 수온을 안정시키다
• 급속한 압축기 순환 감소
• 히트펌프 작동 안정성 향상
• 과도 상태에서 열 에너지 제공
• 일부 시스템 구성에서 제상 작동 지원

하지만,더 많은 물의 양이 자동으로 더 좋아지는 것은 아닙니다.

과도한 버퍼 볼륨이 증가할 수 있습니다.

• 설치비용
• 공간 요구 사항
• 대기 열 손실
• 시스템 예열 시간

따라서 정확한 양은 히트 펌프 제조업체의 최소 물 양 요구 사항과 프로젝트의 수력학적 특성에 따라 결정되어야 합니다.

8. 히트펌프 용량과 수온의 관계

최신 인버터 히트펌프는 작동 조건에 따라 출력을 지속적으로 조정합니다.

난방 수요가 증가하는 경우:

더 높은 부하 → 더 높은 필수 열 출력

제어 전략에 따라 시스템은 다음을 통해 응답할 수 있습니다.

• 더 높은 압축기 주파수
• 더 높은 공급수 온도
• 순환 흐름 증가
• 아니면 이러한 요소들의 조합

난방 수요가 감소하는 경우:

부하 감소 → 히트펌프 출력 감소

이것이 바로 이유이다날씨 보상 / 실외 재설정 제어히트펌프 효율이 중요합니다.

난방 시즌 내내 불필요하게 높은 수온을 유지하는 대신 컨트롤러는 야외 조건이 온화한 동안 목표 공급 수온을 낮출 수 있습니다.

낮은 공급수 온도는 일반적으로 압축기 리프트를 감소시키고 계절별 히트펌프 효율을 향상시킬 수 있습니다.

9. 일반적인 단일 루프 히트펌프 구성

실제 시스템에는 다음이 포함될 수 있습니다.

공랭식 히트펌프 │ ▼ 순환펌프 │ ▼ 공급헤더 │ ┌────┼─────┐ ▼ ▼ ▼ 라디에이터 FCU 바닥난방 │ │ │ └────┼─────┘ ▼ 리턴헤더 │ ▼ 히트펌프

시스템 설계에 따라 추가 구성 요소에는 다음이 포함될 수 있습니다.

• 확장 선박
• 자동 통풍구
• 안전 밸브
• 자석 먼지 분리기
• Y형 스트레이너
• 체크 밸브
• 압력계
• 온도 센서
• 유량계 또는 유량 스위치
• 밸런싱 밸브
• 존 밸브
• 차압 바이패스 밸브

이러한 구성요소가 반드시 시스템을 1차-2차 시스템으로 변환하는 것은 아닙니다.

결정적인 문제는 히트펌프 회로와 단자 배전 회로가 남아 있는지 여부이다.유압으로 직접 연결됨.

10. 순환 펌프 선택이 중요합니다

순환 펌프는 유압 회로의 전체 압력 강하를 극복하면서 충분한 흐름을 제공해야 합니다.

디자이너는 다음을 고려해야 합니다.

필요유량 + 전체 시스템 저항 = 순환펌프 작동점

총 저항에는 다음이 포함될 수 있습니다.

• 히트펌프 물측 열교환기
• 공급 및 복귀 배관
• 피팅
• 필터
• 밸브
• 매니폴드
• 라디에이터
• 팬 코일
• 바닥 난방 회로

사용 가능한 수두를 확인하지 않고 공칭 유량에 따라서만 펌프를 선택한 경우 순환이 충분하지 않을 수 있습니다.

마찬가지로, 너무 큰 펌프는 다음과 같은 원인이 될 수 있습니다.

• 과도한 물 속도
• 더 높은 펌프 에너지 소비
• 소음
• 밸브 제어 문제
• 감소된 ΔT

따라서 순환 펌프 선택은 항상 실제 시스템 유압 계산을 기반으로 해야 합니다.

11. 일정한 흐름과 가변적인 흐름

단일 루프 열 펌프 시스템에서 가장 중요한 고려 사항 중 하나는 분배 시스템이 대략 일정한 흐름으로 작동하는지 가변 흐름으로 작동하는지 여부입니다.

일정하거나 상대적으로 안정적인 흐름

다음과 같은 경우 직접 연결은 비교적 간단합니다.

히트펌프 필요유량 ≒ 분배계통유량

예를 들어, 대부분의 회로가 계속 열려 있는 간단한 바닥 난방 설치는 상대적으로 안정적인 유압 조건을 제공할 수 있습니다.

가변 흐름

여러 온도 조절 장치와 구역 밸브가 서로 다른 영역을 독립적으로 제어하면 상황은 더욱 복잡해집니다.

예를 들어:

┌── Zone 1 OPEN 히트펌프 ─────┼── Zone 2 CLOSED ├── Zone 3 CLOSED └── Zone 4 CLOSED

여러 구역이 닫히면 전체 시스템 흐름이 크게 떨어질 수 있습니다.

이로 인해 열 펌프가 필요한 최소 물 흐름 미만으로 떨어질 수 있습니다.

가능한 결과는 다음과 같습니다.

• 저유량 보호 경보
• 더 높은 ΔT
• 불안정한 출수 수온
• 열교환기 성능 저하
• 빈번한 압축기 순환
• 제상 성능이 좋지 않음

이는 직접 연결된 시스템의 주요 제한 사항 중 하나입니다.

12. 단일 루프 순환수 히트펌프 시스템의 장점

간단한 유압 설계

단일 루프 시스템에는 일반적으로 더 적은 수의 유압 구성 요소가 필요합니다.

이를 통해 다음을 줄일 수 있습니다.

• 설치 복잡성
• 펌프 수
• 배관
• 제어 요구 사항

초기 비용 절감

유압 분리 및 추가 분배 펌프가 필요하지 않으므로 장비 및 설치 비용이 낮아질 수 있습니다.

낮은 펌핑 에너지

적절하게 선택된 하나의 고효율 순환 펌프가 전체 시스템에 서비스를 제공할 수 있으면 보조 전기 소비를 줄일 수 있습니다.

감소된 유압 혼합

유압 분리기와 완충 탱크는 특정 작동 조건에서 혼합을 유발할 수 있습니다.

올바르게 설계된 직접 시스템은 이러한 혼합 효과 없이 히트 펌프에서 나오는 물을 가열 터미널로 직접 보낼 수 있습니다.

이는 저온 히트펌프 애플리케이션에 유리할 수 있습니다.

인버터 히트펌프와의 우수한 호환성

물 흐름이 필요한 작동 범위 내에 유지되면 인버터 열 펌프는 건물 부하를 효율적으로 따르도록 용량을 조절할 수 있습니다.

13. 단일 루프 시스템의 한계

직접 연결 시스템은 모든 프로젝트에 적합하지 않습니다.

주요 제한 사항은 다음과 같습니다.

히트 펌프와 부하 흐름이 호환되어야 함

양측이 동일한 유압 회로를 공유하기 때문에 필요한 열 펌프 흐름과 터미널 흐름 사이의 상당한 차이로 인해 제어 문제가 발생할 수 있습니다.

여러 구역으로 인해 흐름이 불안정해질 수 있음

온도 조절식 또는 전동식 밸브를 닫으면 전체 시스템 흐름과 압력이 변경됩니다.

다양한 터미널 온도가 더 어렵습니다.

다음을 포함하는 건물을 고려하십시오.

• 바닥 난방: 30~40°C
• 팬 코일: 40~45°C
• 라디에이터: 45~55°C

이러한 터미널에는 다양한 공급 온도와 다양한 흐름 특성이 필요할 수 있습니다.

따라서 간단한 직접 연결 루프로는 충분하지 않을 수 있습니다.

펌프 크기 조정이 더욱 중요해짐

단일 펌프는 히트펌프와 분배 네트워크 모두의 압력 손실을 극복해야 할 수도 있습니다.

최소 열 펌프 흐름은 항상 보호되어야 합니다

최신 열 펌프는 일반적으로 최소 작동 물 흐름을 지정합니다.

시스템 유량이 이 값 아래로 떨어지면 안정적인 작동을 보장할 수 없습니다.

14. 단일 루프 히트 펌프 시스템은 언제 권장됩니까?

단일 루프 구성은 다음과 같은 경우에 특히 매력적입니다.

• 시스템이 상대적으로 작음
• 유압 네트워크는 간단합니다.
• 열 펌프 및 터미널 흐름 요구 사항은 유사합니다.
• 대부분의 터미널은 비슷한 수온에서 작동합니다.
• 독립된 구역이 거의 없음
• 흐름은 상대적으로 안정적으로 유지됩니다.
• 히트펌프의 순환펌프의 가용수두가 충분함
• 최소 히트펌프 유량은 항상 유지될 수 있습니다.
• 시스템 물의 양은 제조업체 요구 사항을 충족합니다.

일반적인 응용 분야는 다음과 같습니다.

히트펌프 + 바닥난방

또는

히트펌프 + 메인 팬 코일 회로 1개

또는

히트펌프 + 저온 라디에이터 시스템

15. 1차-2차 시스템은 언제 고려해야 합니까?

1차-2차 순환수식 시스템은 다음과 같은 경우에 더욱 매력적입니다.

• 건물에는 많은 독립된 구역이 있습니다.
• 터미널 흐름은 크게 달라집니다.
• 다양한 단자 회로에는 다양한 유량이 필요합니다.
• 다른 수온이 필요합니다
• 유통망의 유압 저항이 높습니다.
• 히트펌프 순환펌프는 전체 네트워크에 서비스를 제공할 수 없습니다.
• 여러 개의 순환 펌프가 필요합니다.
• 다수의 히트펌프가 캐스케이드 방식으로 작동
• 히트펌프를 통한 안정적인 최소 유량이 보장되어야 합니다.

이러한 경우, 유압식 분리기 또는 적절하게 설계된 완충 장치는 히트펌프 측면을 건물 분배 측면에서 유압식으로 분리할 수 있습니다.

개념적으로:

열원 측부하 측 히트펌프 라디에이터 │ ▲ 1차 펌프 │ │ 2차 펌프 ▼ │ ┌──────────────┐ ┌─────┴─────┐ │ 유압 │turu───────────────►│ 매니폴드 │ │ 세퍼레이터 │ └─────┬─────┘ └───────────────┘ │ ▲ ▼ │ 팬 코일 │ └──────── 1차 회로

그런 다음 양측은 강한 유압 상호 작용 없이 서로 다른 유량으로 작동할 수 있습니다.

16. 단일 루프와 1차-2차: 어느 것이 더 효율적인가요?

보편적인 대답은 없습니다.

일반적인 오해는 다음과 같습니다.

"단일 루프 시스템은 더 적은 수의 펌프를 사용하기 때문에 항상 더 효율적입니다."

또 다른 오해는 다음과 같습니다.

"초등-중등 시스템은 보다 전문적이기 때문에 항상 더 좋습니다."

두 진술 모두 기술적으로 정확하지 않습니다.

시스템 효율성은 전체 유압 설계에 따라 달라집니다.

잘 설계된 다이렉트 시스템은 매우 간단하고 효율적일 수 있습니다.

그러나 복잡한 다중 구역 설치를 단일 유압 루프에 강제로 적용하면 흐름이 불안정해지고 순환이 과도하며 온도 제어가 불량해질 수 있습니다.

반대로, 단순한 주거용 시스템에 불필요한 완충 탱크, 펌프 및 혼합 장치를 추가하면 설치 비용과 기생 전력 소비가 증가할 수 있습니다.

올바른 원칙은 다음과 같습니다.

예상되는 모든 작동 조건에서 필요한 유량, 온도, 압력 및 제어 안정성을 유지할 수 있는 가장 간단한 유압 아키텍처를 사용하십시오.

17. 자주 묻는 질문

단일 루프 히트펌프 시스템이란 무엇입니까?

단일 루프 열 펌프 시스템은 열원과 부하 측 사이의 유압 분리 없이 열 펌프와 가열/냉각 터미널이 동일한 물 순환 회로를 공유하는 순환수 구성입니다.

단일 루프 시스템에는 완충 탱크가 필요합니까?

항상 그런 것은 아닙니다.

완충 탱크는 모든 프로젝트에 자동으로 설치되기보다는 최소 시스템 용수량, 최소 압축기 런타임, 제상 요구 사항, 구역 지정 전략 및 제조업체 권장 사항에 따라 고려해야 합니다.

하나의 순환 펌프가 전체 시스템에 서비스를 제공할 수 있습니까?

예. 단, 히트펌프의 필수 작동 유량 범위를 유지하면서 펌프가 계산된 전체 시스템 수두에서 필요한 설계 유량을 전달할 수 있다면 가능합니다.

단일 루프 시스템에서 라디에이터와 바닥 난방을 함께 사용할 수 있습니까?

가능하지만 라디에이터와 바닥 난방은 서로 다른 수온과 유량에서 작동하는 경우가 많기 때문에 신중한 설계가 필요합니다. 혼합 회로나 유압으로 분리된 분배 시스템이 더 적절할 수 있습니다.

인버터 히트펌프에 단일 루프 시스템이 적합한가요?

예. 인버터 열 펌프는 압축기 용량이 열 수요에 따라 조절될 수 있으므로 적절하게 설계된 직접 연결 시스템에서 특히 잘 작동할 수 있습니다. 그러나 최소 물 흐름과 최소 시스템 용량 요구 사항은 여전히 ​​준수되어야 합니다.

순환수 시스템의 열 출력을 결정하는 것은 무엇입니까?

열 전달은 주로 물 흐름과 공급-반환 온도 차이에 의해 결정됩니다.

Q ≒ 1.163 × 유량 × ΔT

따라서 히트펌프 용량, 단자용량, 유량, ΔT 등을 함께 고려해야 합니다.

결론

에이단일 루프 순환수 열 펌프 시스템공기 대 물 열 펌프를 건물의 난방 또는 냉방 터미널에 연결하는 가장 간단한 방법 중 하나입니다.

그 주요 특징은열원과 부하측은 동일한 유압회로와 순환수 흐름을 공유합니다..

열 펌프, 순환 펌프 및 터미널 시스템이 올바르게 일치하면 이 배열은 다음과 같은 몇 가지 이점을 제공합니다.

• 간단한 유압 설계
• 설치 비용 절감
• 순환 펌프 수가 적습니다.
• 보조 에너지 소비 감소
• 공급수를 터미널까지 직접 공급
• 저온가열과의 호환성이 우수함

그러나 단순하다고 해서 유압 공학의 필요성이 없어지는 것은 아닙니다.

설계자는 다음 사항을 확인해야 합니다.

난방/냉방 부하 → 히트펌프 용량 → 설계 ΔT → 필요한 물 유량 → 시스템 압력 강하 → 펌프 선택 → 최소 유량 → 물량 → 제어 전략

이러한 매개변수가 적절하게 조정될 때만 직접 연결된 히트펌프 시스템이 효율적이고 안정적으로 작동할 수 있습니다.

복잡한 다중 구역 건물, 가변 흐름 시스템 또는 다양한 터미널 온도를 사용하는 설치의 경우1차-2차 순환수식 시스템더 나은 유압 안정성과 제어력을 제공할 수 있습니다.

따라서 목표는 단일 루프 또는 1차-2차 시스템이 보편적으로 더 나은지 결정하는 것이 아닙니다.

목표는 프로젝트의 실제 운영 요구 사항에 가장 잘 맞는 유압 아키텍처를 선택하는 것입니다.