Πώς επιλέγουμε μία αντλία θερμότητας;

Καμπύλη θερμικής ζήτησης (Heat demand)

Με τον όρο θερμική ζήτηση ή θερμικό φορτίο πρακτικά εννοούμε τις θερμικές απώλειες του κτηρίου για περισσότερες από μία εξωτερικές θερμοκρασίες.
Κατά τον υπολογισμό των θερμικών απωλειών το πρόγραμμα υπολογισμού θερμικών απωλειών που διαθέτουμε έχει υπολογίσει το θερμικό φορτίο για τη δυσμενέστερη εξωτερική θερμοκρασία π.χ. -5°C. Εύκολα μπορούμε να ζητήσουμε από το πρόγραμμα να μας υπολογίσει τις θερμικές απώλειες για διάφορες εξωτερικές θερμοκρασίες (ambient temperature) π.χ. από -20°C έως 20°C με βήμα 5°C.
Αν τοποθετήσουμε τις παραπάνω τιμές σε ένα διάγραμμα όπου

  • ο οριζόντιος άξονας είναι βαθμολογημένος από -20°C έως 20°C
  • ο κατακόρυφος άξονας είναι βαθμολογημένος σε kW
έχουμε δημιουργήσει την καμπύλη της θερμικής ζήτησης κτηρίου.

Η καμπύλη αυτή είναι βασική στον έλεγχο της αντλίας θερμότητας και πρέπει να την εισάγουμε στις παραμέτρους στο ξεκίνημα της λειτουργίας της.
Διάγραμμα με τις δύο καμπύλες

Διάγραμμα με τις δύο καμπύλες

Καμπύλη θερμικής ισχύος (heating capacity) αντλίας θερμότητας

Για κάθε μοντέλο αντλίας θερμότητας, ξεκινώντας από το μικρότερο, θα πρέπει να κάνουμε τα παρακάτω.
Στο ίδιο διάγραμμα σχεδιάζουμε τις μέγιστες θερμικές ισχείς της αντλίας θερμότητας για τη θερμοκρασία προσαγωγής νερού που έχουμε σχεδιάσει το σύστημα μας, π.χ. Tw = 55°C αν είναι θέρμανση δαπέδου ή Tw = 80°C αν έχουμε θερμαντικά σώματα.

Το σημείο τομής των δύο καμπυλών δείχνει σε ποιά εξωτερική θερμοκρασία συναντώνται

  • η θερμική ζήτηση του κτηρίου και
  • η μέγιστη θερμική ισχύς της αντλίας θερμότητας

Διακρίνουμε δύο περιπτώσεις:

  • Η τομή των δύο καμπυλών είναι δεξιά από τη χαμηλότερη θερμοκρασία του χειμώνα. Το μοντέλο της αντλίας θερμότητας είναι καταρχάς μη αποδεκτό. Πρέπει όμως:
    • να δοκιμάσουμε να προσθέσουμε στην αντλία βοηθητικές ηλεκτρικές αντιστάσεις ή
    • να προσθέσουμε συμπληρωματικό λέβητα ή
    • να δοκιμάσουμε το επόμενο μεγαλύτερο μοντέλο ή
    • αν η διαφορά των δύο θερμοκρασιών είναι μικρή π.χ. 2°C, μπορούμε να αποδεχτούμε το μοντέλο της αντλίας θερμότητας με τη σημείωση ότι κάποιες ώρες του χειμώνα, που η εξωτερική θερμοκρασία είναι πολύ χαμηλή, το συγκεκριμένο μοντέλο δε θα μας καλύψει.
  • Η τομή των δύο καμπυλών είναι αριστερά από την χαμηλότερη θερμοκρασία. Το μοντέλο της αντλίας θερμότητας είναι αποδεκτό
    • Πρέπει να ελέγξουμε αν υπάρχει μικρότερο μοντέλο.
    • αν η διαφορά των δύο θερμοκρασιών είναι μεγάλη π.χ. μεγαλύτερη από 5°C, να σημειώσουμε ότι το μοντέλο που επιλέξαμε θα υπολειτουργεί συνεπώς και η αρχική επένδυση θα είναι μεγάλη αλλά και η αντλία θερμότητας θα λειτουργεί τις περισσότερες ώρες του χειμώνα σε μερικό φορτίο.

Διόρθωση της μέγιστης θερμικής ισχύος

Οι μέγιστες θερμικές ισχείς της αντλίας θερμότητας είναι τιμές που έχουν μετρηθεί στο εργαστήριο κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες που ορίζουν τα πρότυπα.

Η τελική θερμική ισχύς της αντλίας θερμότητας υπολογίζεται από τον παρακάτω τύπο:

QH= QMH × fD × fLH
όπου
  • QH → Τελική θερμική ισχύς (Actual heating capacity) σε kW
  • QMH → Μέγιστη θερμική ισχύς (Maximum heating capacity) σε kW
  • fD → Συντελεστής διόρθωσης λόγω αποπάγωσης (Defrost correction factor)
  • fLH → Συντελεστής διόρθωσης λόγω μήκους σωληνώσεων (Heating piping length correction factor)

Συντελεστής διόρθωσης λόγω αποπάγωσης

Όταν η εξωτερική θερμοκρασία πέσει κάτω από τους 6°C, το εξωτερικό στοιχείο της μονάδας (εξατμιστής) συγκεντρώνει πάγο. Αυτό πρακτικά σημαίνει ότι το στοιχείο είναι ανενεργό και συνεπώς θα πρέπει το σύστημα ελέγχου της αντλίας θερμότητας να διακόψει τη λειτουργία και να ασχοληθεί με την αποπάγωση του εξατμιστή. Αυτό συνεπάγεται τη διακοπή της λειτουργίας θέρμανσης της αντλίας θερμότητας για κάποιο χρονικό διάστημα.

Ο συντελεστής διόρθωσης λόγω αποπάγωσης εκτιμάτε από τον παρακάτω πίνακα, και πολλαπλασιάζεται με τη θεωρητική μέγιστη θερμική ισχύ της αντλίας θερμότητας για να προκύψει η τελική θερμική ισχύς.

Για θερμοκρασία εξωτερικού αέρα μεγαλύτερη από 6°C ο συντελεστής είναι 1.00.

Πίνακας με συντελεστές διόρθωσης λόγω αποπάγωσης (Πηγή HITACHI)

Πίνακας με συντελεστές διόρθωσης λόγω αποπάγωσης (Πηγή HITACHI)

Συντελεστής διόρθωσης λόγω μήκους σωληνώσεων

Οι μέγιστες τιμές της θερμικής ισχύος των αντλιών θερμότητας έχουν μετρηθεί στο εργαστήριο με συγκεκριμένο μήκος σωλήνων και υψομετρική διαφορά μεταξύ εξωτερικής και εσωτερικής μονάδας.

Ο συντελεστής διόρθωσης λόγω μήκους σωληνώσεων εκτιμάτε με τη βοήθεια πινάκων που βρίσκουμε στα τεχνικά εγχειρίδια του κατασκευαστή της αντλίας θερμότητας.

Μήκος σωλήνων και υψομετρική διαφορά μεταξύ εξωτερικής και εσωτερικής μονάδας (Πηγή HITACH)

Μήκος σωλήνων και υψομετρική διαφορά μεταξύ εξωτερικής και εσωτερικής μονάδας (Πηγή HITACH)

2 σχόλια:

Ανανεωσιμες Πηγες Ενεργειας είπε...

ωραια τεκμηριωση

Sidirokastritis Zois είπε...

πολύ καλό το ιστολόγιό σας