공기-물 열 펌프 시스템을 설계 할 때 가장 중요한 결정 중 하나는 열 펌프가 건물의 난방 및 냉각 터미널에 수압적으로 연결되는 방법입니다.

비교적 간단한 설비의 경우1차 또는 직접적인 수력 시스템그러나 프로젝트에는 바닥 난방, 라디에이터 및 팬 스필 단위와 같은 여러 유형의 단말 장치가 포함되면 수압 요구 사항이 훨씬 복잡해질 수 있습니다.

여기가2차 수전 시스템, 일반적으로 버퍼 탱크와 두 개의 순환 펌프를 사용하는 것이 특히 유용합니다.

하지만 모든 열 펌프 설치에는 부속 시스템이 필요합니까?

꼭 그렇진 않아요

2차 수압 시스템은 더 나은 수압 안정성, 더 많은 유연성, 그리고 더 나은 열 펌프 작동 조건을 제공합니다. 동시에 시스템 비용을 증가시킵니다.펌프 에너지 소비, 설치 복잡성, 그리고 잠재적인 열 손실.

이러한 타협을 이해하는 것은 효율적인 공기 소스 열 펌프 시스템을 설계하는 데 필수적입니다.

12차 수전계란 무엇인가?

전형적인 2차 수전 시스템은 물 회로를 두 개의 수전회로 나눈다.

첫 번째 루프는열 펌프 주 회로:

열 펌프 → 버퍼 탱크 → 열 펌프

두 번째 루프는건물 부하 회로:

버퍼 탱크 → 순환 펌프 → 난방/냉각 터미널 → 버퍼 탱크

따라서 버퍼 탱크는 열원과 건물 부하 사이의 공통 연결 역할을 합니다.

직접 시스템과 달리 열 펌프 순환 펌프는 반드시 건물 배급 시스템에 필요한 모든 물 흐름을 제공 할 필요가 없습니다.

이것은 1차 및 2차 수소 설계의 가장 중요한 차이점 중 하나입니다.

2왜 열 펌프 시스템이 수압 분리 장치가 필요합니까?

열 펌프와 건물 터미널은 항상 같은 물 흐름을 필요로 하지 않습니다.

다음과 같은 시설을 갖춘 건물을 생각해 보세요.

• 라디에이터

• 팬 코일 단위

• 바닥 난방

각 터미널은 다른 물 온도, 온도 차이 (ΔT), 흐름 속도, 제어 밸브 및 운영 스케줄로 작동 할 수 있습니다.

예를 들어, 전형적인 설계 조건은 대략 이렇게 보일 수 있습니다.

이 수치들은 일반적인 규칙이 아닌 설계 참조입니다. 실제 값은 항상 터미널 선택과 프로젝트 열 부하 계산을 따라야합니다.

핵심 엔지니어링 문제는 간단합니다.

열 펌프가 필요로 하는 흐름은 터미널 시스템에서 필요로 하는 흐름과 같지 않을 수 있습니다.

이 두 가지 수압 요구 사항을 분리하는 데 보조 수압 회로가 도움이됩니다.

2차 수소 시스템 의 장점

3장점 #1: 더 안정적인 열 펌프 물 흐름

열 펌프는 일반적으로 열 교환기를 통해 최소한의 물 흐름을 요구합니다.

그러나 직접 시스템에서는 실내 온도 조절기, 구역 밸브, 온도 조절기 라디에이터 밸브 또는 팬 코일 제어 밸브가 시스템 흐름을 지속적으로 변경할 수 있습니다.

8개의 난방 구역이 있는 집을 상상해보세요.

8개 구역 모두 열려 있을 때, 물의 흐름이 충분할 수 있습니다.

하지만 6개의 영역이 정해진 온도를 달성하고 밸브를 닫으면 2개의 영역만이 활동합니다.

시스템 저항은 급격하게 변하고 열 펌프를 통한 흐름은 권장 작동 범위 아래로 떨어질 수 있습니다.

이것은 다음과 같은 문제에 기여 할 수 있습니다.

• 수류 알람이 충분하지 않음

• 과도한 공급/귀환 온도 차이

• 높은 응축 압력

• 감축 된 난방 용량

• 압축기 작동 불안정성

• 자주 자전거 타는 것

이차 시스템은 열 펌프가 자체적으로 전용 순환 루프를 가지고 있기 때문에 이러한 상호 작용을 줄입니다.

엔지니어링 레코드

열 펌프는 건물 쪽의 흐름이 바뀌더라도 보다 예측 가능한 수압 환경을 보입니다.

인버터 열 펌프의 경우 안정적인 물 조건이 압축기 변조 전략이 더 효과적으로 작동하도록 도와주기 때문에 이것은 특히 가치가있을 수 있습니다.

4장점 # 2: 여러 터미널 유형과 더 나은 호환성

현대적 수압 난방 시스템은 여러 가지 유형의 단말기를 포함 할 수 있습니다.

예를 들어:

열 펌프 → 버퍼 탱크 → 라디에이터 + 팬 코일 + 바닥 난방

이 터미널은 거의 동일한 흐름과 물 온도를 필요로 하지 않습니다.

바닥 난방기는 일반적으로 비교적 낮은 물 온도에서 작동하지만 전통적인 라디에이터는 훨씬 높은 온도를 요구할 수 있습니다.팬 코일은 가열 및 냉각 모드 모두에서 작동 할 수 있으며 종종 비교적 작은 물 쪽 ΔT를 사용합니다..

2차 시스템은 다음을 사용하여 별도의 유통 지점을 만드는 것을 용이하게 합니다.

• 독립 순환 펌프

• 믹싱 밸브

• 부대 밸브

• 소형

• 온도 조절기

• 차차 압력 조절기

이것은 설계의 유연성을 크게 제공합니다.

5장점 #3: 버퍼 탱크는 열 관성을 제공합니다.

많은 2차 열 펌프 시스템의 가장 중요한 구성 요소 중 하나는버퍼 탱크.

물은 상당한 열 저장 능력을 가지고 있습니다.

따라서 버퍼 탱크는 수전 시스템의 전체 물 부피를 증가시키고 열 관성을 추가합니다.

저장된 열 에너지는 다음과 같이 근사할 수 있습니다.

Q = m × Cp × ΔT

어디:

• Q= 저장된 열 에너지

• m= 물의 질량

• Cp= 물의 특유 열량

• ΔT= 사용 가능한 온도 차이

실제 HVAC 계산을 위해:

1 리터의 물은 1°C의 온도 변화에 대해 약 1.16Wh를 저장합니다.

따라서 사용 가능한 5K 온도 범위에서 작동하는 200L 버퍼 탱크에는 대략 다음과 같은 것이 저장됩니다.

200 × 1.16 × 5 ≈ 1.16 kWh

이것은 버퍼 탱크가 에너지원이라는 것을 의미하지는 않습니다.

그것은 단지 에너지를 일시적으로 저장하고 나중에 방출합니다.

그 구별은 중요합니다.

6장점 4: 온도 펌프 단기 회전

짧은 주기는 열 펌프가 시작되고, 목표 온도에 빠르게 도달하고, 멈추고, 얼마 지나지 않아 다시 시작될 때 발생합니다.

이것은 종종 다음과 같은 경우에 발생합니다.

열 펌프 최소 출력 > 현재 건물 열 수요

예를 들어, 인버터 열 펌프가 5kW까지 조절할 수 있다고 가정해 봅시다. 하지만 건물은 현재 2kW만을 필요로 합니다.

충분한 시스템 물 부피가 없으면 공급 물 온도가 빠르게 상승 할 수 있습니다.

컨트롤러가 목표 온도에 도달하면 압축기를 멈추게 됩니다.

건물은 계속 열을 추출하고 물의 온도가 떨어지고 압축기가 다시 작동합니다.

그 결과는 다음과 같습니다.

시작 → 중지 → 시작 → 중지 → 시작

복제 된 압축기 사이클은:

• 계절 효율을 줄이세요

• 전기 소비를 높여

• 압축기 시작 증가

• 부품 마모 증가

• 불안정한 실내 온도를 유발합니다

적당한 크기의 완충 탱크에서 추가 물 부피는 물 온도 변화를 느리게합니다.

대신:

45°C → 50°C 매우 빠르게

시스템이 제어 한계에 도달하는 데 훨씬 더 오랜 시간이 걸릴 수 있습니다.

이것은 열 펌프의 더 긴 작동 주기를 제공합니다.

7이점 #5: 부분 부하 중 보다 나은 수압 안정성

건물들은 거의 100%의 난방 수요로 지속적으로 작동하지 않습니다.

예를 들어 봄과 가을에는 건물의 일부만 난방이 필요할 수 있습니다.

어떤 방은 정해진 온도를 달성할 수 있지만 다른 방은 여전히 열을 필요로 합니다.

이것은 변수 흐름 조건을 만듭니다.

2차 회로는 건물 쪽 펌프가 변화하는 수요에 대응할 수 있도록 하고, 펌프 쪽 회로는 펌프가 필요로 하는 흐름을 유지합니다.

이러한 수압 분리로 인해 전체 시스템이 더 쉽게 제어 될 수 있습니다.

8이점 #6: 복잡한 HVAC 프로젝트에 더 많은 유연성

2차 시스템은 프로젝트가 다음을 포함할 때 특히 유용합니다.

열 펌프 + 버퍼 탱크 + 여러 난방 구역 + 팬 코일 + 라디에이터 + 바닥 난방

또한 다음과 같은 경우에도 유용합니다.

• 대형 주거용 건물

• 호텔

• 상업용 건물

• 학교

• 여러 개의 난방 구역을 가진 빌라

• 재구성 프로젝트

• 하이브리드 라디에이터/지상난화 시스템

• 여러 단말기 유형을 갖춘 난방 및 냉각 시스템

이러한 프로젝트에서 추가적인 수압 복잡성은 종종 향상된 제어 가능성에 의해 정당화됩니다.

2차 수전 시스템의 단점

2차 시스템은 자동적으로 더 효율적이지 않습니다.

이것은 중요한 점입니다.

더 많은 구성 요소는 수압 문제를 해결할 수 있지만, 추가 구성 요소는 비용과 잠재적인 에너지 손실을 가져옵니다.

9단점 #1: 추가 순환 펌프가 필요 합니다.

전형적인 직접 시스템은 하나의 주 순환 펌프로 작동할 수 있다.

2차 시스템은 일반적으로 적어도 두 가지를 필요로 합니다.

펌프 1:열 펌프 벙퍼 탱크

펌프 2:펌퍼 탱크 건물 터미널

추가 난방 구역에는 더 많은 펌프가 필요할 수 있습니다.

모든 순환 펌프는 전기를 소비합니다.

따라서:

2차 시스템은 열 펌프 작동 안정성을 향상시킬 수 있으며 동시에 보조 전기 소비량을 증가시킬 수 있습니다.

따라서 시스템은 온도 펌프 COP만 기준으로 평가되어야합니다.

일반적으로 변속 속도 제어와 함께 고효율 ECM 순환 펌프는 선호됩니다.

10단점 #2: 초보 비용이 더 높습니다.

단순한 직결과 비교하여, 2차 시스템은 다음을 요구할 수 있습니다.

• 버퍼 탱크

• 추가 순환 펌프

• 더 많은 파이프

• 더 많은 격리 밸브

• 체크 밸브

• 센서

• 확장 용품

• 믹싱 밸브

• 추가 통제

• 더 많은 설치 노동

이것은 프로젝트의 초기 비용을 증가시킵니다.

하나의 간단한 바닥 난방 루프를 가진 작은 주거 시설의 경우, 추가 복잡성은 항상 충분한 이점을 제공하지 않을 수 있습니다.

그러나, 대규모 다 구역 프로젝트의 경우, 추가 비용은 정당화 될 수 있습니다.

11단점 3: 추가 열 손실

버퍼 탱크는 완벽하게 단열되지 않습니다.

2차 회로에 필요한 추가 파이프, 밸브 및 피팅도 없습니다.

따라서 열은 다음으로부터 손실 될 수 있습니다.

• 버퍼 탱크 벽

• 유통 파이프

• 밸브 및 픽팅

• 펌프 부위

• 기계실

좋은 방열은 이러한 손실을 최소화 할 수 있지만 완전히 제거 할 수는 없습니다.

이것은 버퍼 탱크가 조건이 없는 공간에 설치될 때 특히 중요합니다.

12단점 #4: 열 펌프의 효율을 떨어뜨릴 수 있는 열기술 설계가 좋지 않음

버퍼 탱크를 추가하면 자동으로 좋은 시스템이 만들어지지 않습니다.

한 가지 일반적인 문제는 1차 및 2차 유동률이 균형이 좋지 않을 때 발생합니다.

가자:

Vp = 원용 열 펌프 흐름

Vs = 2차 건물 흐름

만약:

Vp > Vs

일부 뜨거운 공급 물은 버퍼 탱크를 통해 직접 열 펌프로 돌아갈 수 있습니다.

만약:

Vp 보다

더 차가운 반환 물은 2차 공급에 섞일 수 있습니다.

이 현상은 때때로수압 혼합.

과도한 혼합은 터미널에 공급되는 물의 온도를 변화시킬 수 있으며 열 펌프가 더 높은 방출 물 온도에서 작동하도록 강요 할 수 있습니다.

열 펌프의 효율은 일반적으로 필요한 물의 온도가 증가함에 따라 감소하기 때문에, 열 펌프의 설계가 좋지 않은 경우 COP를 줄일 수 있습니다.

13단점 #5: 통제가 더 복잡해집니다.

직접적인 시스템은 비교적 간단합니다.

열 펌프는 물 온도를 모니터링하고 주요 수압 회로를 제어합니다.

2차 시스템은 다음을 포함할 수 있습니다.

• 열 펌프 컨트롤러

• 1차 순환 펌프

• 2차 순환 펌프

• 버퍼 탱크 센서

• 실내 온도 조절기

• 부대 밸브

• 믹싱 밸브

• 날씨 보상

• 팬 코일 제어 장치

• 바닥난방 제어장치

이 구성 요소들은 함께 올바르게 작동해야 합니다.

잘못된 제어 논리는 펌프가 불필요하게 작동하거나 실제 난방 수요가 거의 없을 때 열 펌프가 작동하는 상황을 만들 수 있습니다.

따라서,제어 전략은 수압 설계만큼이나 중요합니다.

14열 펌프 에는 항상 버퍼 탱크 가 필요 합니까?

- 아니

이것은 공기-물 열 펌프 설계에서 가장 일반적인 오해 중 하나입니다.

버퍼 탱크는 특정 엔지니어링 문제를 해결해야 합니다.

다음 경우에 유용 할 수 있습니다.

• 시스템 물량은 충분하지 않습니다.

• 여러 개의 난방 구역이 자주 열리고 닫히기

• 다른 방법으로 최소 열 펌프 흐름은 보장 될 수 없습니다.

• 열 펌프의 최소 출력은 자주 부분 부하 수요를 초과합니다.

• 몇몇 터미널 유형은 수압 분리

• 녹기 작업에는 충분한 물량이 필요합니다.

• 1차 및 2차 흐름 요구 사항은 크게 다릅니다.

그러나, 시스템이 이미 충분한 물량, 안정적인 흐름, 적절한 구역화, 그리고 좋은 열 펌프 변조를 제공한다면, 큰 버퍼 탱크는 약간의 추가 혜택을 제공할 수 있습니다.

15더 큰 버퍼 탱크는 항상 더 낫지 않습니다.

또 다른 일반적인 오해는 다음과 같습니다.

100리터가 좋다면 500리터가 더 좋을 겁니다.

그건 반드시 사실이 아닙니다.

너무 큰 버퍼 탱크는 다음을 할 수 있습니다.

• 시스템 비용 증가

• 열 손실을 증가

• 시스템 물량을 불필요하게 증가

• 따뜻해지는 시간을 늘려

• 더 많은 설치 공간을 요구

• 제어 반응성을 줄이세요

따라서 버퍼 탱크 크기는 습관으로 선택되는 것이 아니라 계산되어야합니다.

올바른 용량은 다음과 같은 요인에 달려 있습니다.

• 열 펌프 용량

• 최소 변조 용량

• 최소 압축기 실행 시간

• 건물의 최소 열 수요

• 시스템 물량

• 허용되는 온도 변동

• 녹기 요구 사항

• 제조업체의 최소 물량 요구 사항

단순화된 엔지니어링 관계란:

V ≈ Q × t / (ρ × Cp × ΔT)

필요한 부피가 원하는 최소 작동 기간 동안 흡수되어야 하는 열 불균형과 관련이 있는 경우

실용적인 설계에서, 열 펌프 제조업체의 수압 요구 사항은 항상 우선되어야 합니다.

16. 원자력 대 2차 열 펌프 시스템

둘 중 어느 것도 더 우수한 디자인이 아닙니다.

올바른 선택은 건물과 운영 조건에 달려 있습니다.

17실제적 인 예

공기-물 열 펌프를 사용하는 집을 생각해 보세요.

A 구역:바닥 난방
B 구역:라디에이터
구역 C:팬 코일 단위

겨울에는 세 구역 모두 작동할 수 있습니다.

온화 한 날씨 에서, 바닥 난방 만 열 을 필요로 할 수 있다.

여름에는 냉각을 위해 팬 코일만 작동할 수 있습니다.

따라서 시스템 흐름은 일 년 내내 크게 변합니다.

2차 수압 설계는 열 펌프가 안정적인 1차 유동량을 유지할 수 있도록 할 수 있으며 2차 유통 시스템은 건물 수요에 독립적으로 반응합니다.

전형적인 구성은 다음과 같습니다.

공기 소스 열 펌프
↓
1차 순환 펌프
↓
버퍼 탱크
↓
2차 펌프 / 분배 복합장치
↓
라디에이터 + 팬 코일 + 바닥 난방

바닥 난방 회로에서 필요한 공급 온도가 다른 단말기보다 낮다면 혼합 장치가 필요할 수도 있습니다.

이 때문에 더 복잡한 열 펌프 프로젝트에서 2차 수소 시스템은 일반적입니다.

18가장 중요한 설계 원칙

2차 시스템의 목적은 단순히 버퍼 탱크를 추가하는 것이 아닙니다.

그 진짜 목적은 다음과 같은 관계들을 관리하는 것입니다.

열 공급원 물 흐름 열 저장 건물 부하

잘 설계된 시스템은 이 네 가지 요소를 균형있게 유지합니다.

만약 열 펌프가 건물이 현재 소비하는 것보다 더 많은 열을 생산한다면, 시스템은 급격한 온도 상승과 압축기 종료를 방지하기 위해 충분한 열 용량과 제어 논리가 필요합니다.

건물에 열 펌프가 현재 생산하는 것보다 더 많은 열이 필요하다면, 시스템에 저장된 열은 일시적으로 물 온도 감소 속도를 줄일 수 있습니다.

이 열 관동성은 즉각적인 열 펌프 출력과 건물 수요 사이의 불일치를 완화시키는 데 도움이 됩니다.

그러나 열 저장소는 에너지를 생성하지 않습니다.

최종적으로:

열 펌프에서 생성되는 열 = 건물에 전달되는 열 + 시스템 손실 ± 저장 된 열 에너지의 변화

이 에너지 균형은 수압 열 펌프 설계의 기초입니다.

결론: 언제 하이드론 시스템 을 선택 해야 합니까?

2차 수력 시스템 은 공기 출력 열 펌프 가 물 흐름 이 변동, 여러 난방 구역, 또는 서로 다른 단말 장치 를 가진 복합 건물 에 공급 할 때 우수한 해결책 이 될 수 있다.

그 주요 장점은 다음과 같습니다.

안정적인 열 펌프 흐름, 수압 분리, 시스템 물 부피 증가, 짧은 사이클 감소, 더 나은 다 구역 유연성.

주요 단점은 다음과 같습니다.

더 높은 초기 비용, 더 많은 펌프 전력, 더 많은 설치 복잡성, 더 많은 열 손실, 시스템 설계가 잘못되면 수압 혼합 가능성

따라서 엔지니어링 문제는 다음과 같이 되어서는 안 됩니다.

모든 열 펌프에 버퍼 탱크가 있어야 합니까?

더 좋은 질문은

이 특정 시스템은 안정적이고 효율적인 열 펌프 작동을 유지하기 위해 수압 분리 또는 추가 열 질량을 필요로합니까?

이 질문은 훨씬 더 나은 HVAC 설계로 이어집니다.

FAQ: 2차 수전 시스템 및 버퍼 탱크

2차 수소 시스템은 무엇일까요?

2차 수전 시스템은 건물 배급 회로에서 열 펌프 회로를 분리합니다.두 회로는 일반적으로 버퍼 탱크 또는 다른 형태의 수압 분리를 통해 연결되어 있습니다..

왜 두 개의 순환 펌프를 사용합니까?

한 펌프는 열 펌프를 통해 필요한 물 흐름을 유지하며, 두 번째 펌프는 건물의 난방 또는 냉각 터미널을 자신의 흐름 요구 사항에 따라 공급합니다.

버퍼 탱크 는 열 펌프 의 효율성 을 향상 시키는가?

자동적으로 아닙니다. 그것은 짧은 사이클을 줄이고 작동을 안정화 할 수 있습니다. 이는 특정 시스템의 계절 성능을 향상시킬 수 있습니다. 그러나 탱크는 또한 열 손실을 도입합니다.그리고 추가 펌프는 전기를 소비합니다..

온도 펌프는 버퍼 탱크 없이 작동 할 수 있습니까?

예. 적절 히 설계 된 많은 시스템 들 은 최소한의 흐름, 최소한의 물량, 구역 지정, 녹기 요구 사항, 그리고 압축기 실행 시간 요구 사항 을 충족 시킨다면 그것 없이도 작동 할 수 있다.

2차 시스템이 바닥 난방에 더 좋은가요?

꼭 그렇지는 않습니다. 안정적인 흐름과 함께 간단한 바닥 난방 시스템은 종종 직접 연결으로 잘 작동 할 수 있습니다.2차 시스템 은 바닥 난방 을 라디에이터 와 결합 시 더 가치 있는 것 이 된다, 팬 코일, 여러 구역 또는 다른 물 온도 요구 사항.

버퍼 탱크가 너무 커지면 어떻게 될까요?

너무 큰 버퍼 탱크는 의미있는 효율성 이점을 제공하지 않고 열 손실, 설치 비용, 공간 요구 사항 및 시스템 반응 시간을 증가시킬 수 있습니다.