正しく選択するバッファータンクと循環ポンプ空気から水への熱ポンプのための二次水力システム設計の最も重要な部分の一つです.

高効率のインバーターコンプレッサしかし,バッファタンクのサイズが間違っていたり,循環ポンプが設計点から遠くに動作していたりすると,システム全体に

• コンプレッサーの頻度

• 過剰なポンプ電力消費

• 水流が不十分

• 水温の大きな変動

• 不必要な水力混合

• 熱ポンプの効率低下

• 熱や冷却の性能が悪い

• 流量アラームと不安定な動作

したがって,単に"十分に大きい"タンクと"十分に強力な"ポンプを設置するだけでは不十分です.

優れた水力工学とは,各部品を実際の熱負荷,水の流れ,圧力低下,最小熱ポンプ出力,建物の運用特性.

バッファータンクのサイズと循環ポンプの選択の 背後にある工学原理を見てみましょう

1二次水素系を最初に理解する

部品を選択する前に その機能を理解する必要があります

典型的な二次熱ポンプシステムには2つの水回路があります.

主回路

熱ポンプ → 主要循環ポンプ → バッファータンク → 熱ポンプ

主要回路は主に熱ポンプに供給する.

副回路

バッファータンク → 二次循環ポンプ → 建物ターミナル → バッファータンク

二次回路が建物に供給する.

これらのターミナルは以下のものを含む.

• 床暖房

• ラジエーター

• ファンコイルユニット

• 空気処理装置

• 複数の熱帯

この分離は重要で,熱ポンプと建物が同時に同じ流れを必要としないからです.

基本ポンプは,熱ポンプの水力要求副ポンプは配送システムの要件.

2バッファータンクのサイズが重要な理由

バッファータンクは単なる大きな水容器ではありません

十分な情報を提供すること熱量.

システム水量が小さすぎると 水温が急速に変化する可能性があります

これは次のリスクを増大させます.

熱ポンプ ON → 目標温度に達 → OFF → 温度低下 → また ON

言い換えれば

短距離自転車

しかし,タンクを過剰に大きくすることは必ずしも良いことでもありません.

大きすぎるタンクでは

• 設備コスト

• 設置スペース

• スタンド熱損失

• システム温める時間

• 総水量

目的は次のとおりです

システムボリュームを不必要に増加させずに安定した熱ポンプ動作を達成するために十分な熱質量を提供すること.

3. 熱ポンプの定量容量によってのみバッファタンクをサイズしないでください

業界共通ショートカットとは

熱ポンプ容量1kWあたりXリットルのバッファータンク

これは予備評価に役立つかもしれないが,普遍的な設計規則として扱われてはならない.

なぜ? なぜ?

短距離サイクルは 容量だけでは決まらないからです

2つの15kWの熱ポンプを考えてみましょう

熱ポンプAは 3 kW まで調節できる.

熱ポンプBは 6 kW までしか調節できない.

建物の最低アクティブヒート需要が2kWであれば 2つのシステムは非常に異なる振る舞いをします

熱ポンプAについては:

3 − 2 = 1 kW の過剰出力

熱ポンプBについては:

6 − 2 = 4 kW の過剰出力

したがって,熱ポンプBは,同じ最小圧縮機の稼働時間を達成するために,かなり多くの熱バッファを必要とします.

だから...最低熱ポンプ容量短期周期リスクの評価において,通常,評価容量よりも重要になります.

4よりエンジニアリングに基づいたバッファタンク計算

便利な簡素化計算は,必要な最小圧縮機の稼働期間中に吸収されなければならない熱エネルギーに基づいています.

必要な有効水量は,以下から推定できます.

V = Q × t / (ρ × Cp × ΔT)

水については,実用的な HVAC 計算のために,以下のように簡略化できます.

V ≈ 14.3 × P × t / ΔT

その場合:

V= 必要な水量の有効量 (リットル)
P= kW で表した過熱量
t= 必要な最小実行時間 (分数)
ΔT= °Cで許容される水温変化

キーワードは過剰な熱量:

P = 最低熱ポンプ出力 − 最低アクティブビルディング負荷

これは,単に熱ポンプの名乗容量を任意のリットル/kW値で掛けることよりも,より現実的な推定結果が得られます.

5. バッファタンクサイズ例

インバーター式熱ポンプが:

最低熱量 = 6 kW

穏やかな天候では,最低アクティブビルディング負荷は:

2kW

だから:

過剰出力 = 6 − 2 = 4 kW

少なくとも:

圧縮機の最小走行時間15分

システム水温を:

5°C

じゃあ...

V ≈ 14.3 × 4 × 15 / 5

V ≈ 172リットル

これは,約臨時的な出力不一致を吸収するために必要な有効な水量.

172Lのバッファタンクが必要になるわけではありません

なぜ? なぜ?

既存の水力システムには 水が含まれているからです

6. 常に既存のシステム水量を数える

計算した最小有効水量は:

172L

システムには既に

• 床暖房管 70L

• メインパイプ: 20L

• 熱ポンプ熱交換器と内管: 10L

既存の総容量:

100L

したがって,必要な追加容量は,約:

172 − 100 = 72 L

熱ポンプの製造者の要求と実際の水力配置に応じて,次の適切なサイズに近い商業的に利用可能なバッファタンクを検討することができる.

これは200Lや300Lのタンクを自動的に設置するよりもはるかに合理的なアプローチです

715 分 は なぜ よく 役に立つ デザイン チェック です か

熱質量とサイクリングを評価する際には,通常,10~15分という最低稼働期間がエンジニアリングチェックとして使用されます.

目的は簡単です

避けたいのは

オン → オフ → ON → オフ

数分ごとに

長い稼働サイクルは,一般的により安定したシステム温度を提供し,インバーター熱ポンプがより効果的に調節できるようにします.

しかし,すべての熱ポンプが正確に15分稼働しなければならないという普遍的な規則はありません.

いつもチェックしてください

• 製造者の最低水量

• コンプレッサー制御戦略

• 最低実行時間要件

• 解凍要件

• インバーター調節範囲

製造者のデータは,一般的なサイズの規則よりも優先されるべきです.

8バッファタンク接続設計も重要です

タンクの容量だけでは システムの効率が決まるわけではありません

液体接続も同様に重要です

伝統的な4パイプのバッファ配列は,主回路と副回路の間の強力な水力分離を提供することができます.

しかし,それはまた,タンクの中を混ぜる.

例えば,床暖房システムからの返水水は,以下のように仮定します.

35°C

水力混合により熱ポンプに入る水が:

36°C

熱ポンプは,少し高い回帰温度に対して動作しなければならない.

これは冷却温度を上昇させ 熱効率を低下させる可能性があります

正確なCOP罰は,以下に依存しているため,普遍的な割合で表すことはできません.

• 冷却剤

• 圧縮機

• 室外温度

• 水温

• コンプレッサーの周波数

• 熱交換器の設計

しかし,工学原理は明確です.

熱ポンプでは,水温の不必要な上昇が効率を低下させる.

9なぜ 余計 に 混ざる こと を 減らす べき です か

熱ポンプは水温に特に敏感です.

必要な熱水温が低くなるほど,冷却サイクルが熱を簡単に転送する.

これは熱ポンプが特にうまく機能する理由の一つです.

床暖房

床暖房は比較的低い水温で動作することが多いからです

必要のない水力混合が 暖房ポンプを 建物が必要とするより高い出水温で 動作させると COP が低下します

したがって,バッファタンクは熱質量のみを提供すべきではありません.

また,必要のない混合を最小限に抑えるように管の配置を設計する必要があります.

102パイプ対4パイプのバッファタンク

これは重要な違いです

4パイプのバッファタンク

熱ポンプと建物の回路は タンクに別々に接続されます

典型的な配置:

熱ポンプ → タンク → 熱ポンプ

そして:

タンク → 建物 → タンク

利点は以下の通りです.

• 強い水力分離

• 独立した主要流量と二次流量

• 多地域統合を容易にする

潜在的な欠点:

• 主流と二次流が著しく異なる場合,より多くの水力混合

2パイプ・バッファー/ボリュマイザー・アレンジメント

容器は,連続または共通の返却の取り決めの一部として設置することができる.

その主な目的は次のものとする.

• システム水量を増加させる

• 熱質量提供

• サイクリングを減らす

完全な水力分離と関連した混合を最小限に抑える

どちらの設定が良いですか?

プロジェクトが主に必要とするもの:

熱体積

または

液体分離 + 熱体積

これはシステム設計中に決定されるべきです.

11基本的な循環ポンプの選び方

バッファの配置が確立されたら ポンプを選択できます

主要ポンプは熱ポンプ回路を供給する.

2つのパラメータが不可欠です

必要な流量

そして

必要なポンプヘッド

流れから始めましょう

12. 熱ポンプの水流量を計算する

水道システムでは,熱出力は約:

Q = 1.163 × 流量 × ΔT

その場合:

Q について= kW での熱容量
流量= 水流量 (m3/h)
ΔT= °C で表した水温の違い

だから:

流量 = Q / (1.163 × ΔT)

例えば,熱ポンプは以下のような熱量発電をします.

12 kW

設計されているのは:

ΔT = 5°C

じゃあ...

流量 = 12 / (1.163 × 5)

≈2.06 m3/h

つまり,ポンプは,約以下を供給できる必要があります.

2.1 m3/h

必要なシステム圧力ヘッドで

しかし 流れだけでは不十分です

13ポンプヘッドも同様に重要です

循環ポンプは回路の水力抵抗を克服しなければならない.

主回路には以下のものが含まれる.

• 熱ポンプ熱交換器

• パイプ

• 肘

• ティス

• バルブ

• チェックバルブ

• ストレイン機

• 流量計

• バッファータンク接続

各部品が圧力を低下させます

必要な総ポンプヘッドは,約:

総圧減 = パイプ損失 + 装着損失 + 設備損失

選択された循環ポンプは,必要な設計流量を提供する必要がありますこの圧力の低下で.

パンプの選択は,常に製造者のポンプ性能曲線.

ポンプを最大流量からのみ選択しないでください.

そして最高頭部からだけ選んではいけません

重要なパラメータは,実際の:

動作点 = 必要な流量 + 必要な頭

14. なぜ二次システムは,主力ポンプの選択を容易にするのか

液圧分離の利点の一つは,主回路が通常比較的シンプルであることです.

例えば:

熱ポンプ → ポンプ → バッファータンク → 熱ポンプ

パイプの長さと部品は知られている.

これは圧縮計算を比較的簡単にする.

したがって,熱ポンプの主要なポンプは正確に選択できます.

これは"つのポンプに"つのパンを頼むよりも ずっと簡単です

熱ポンプ + 3階 + ラジエーター + 床暖房 + 扇風機コイル + ゾーンバルブ

システム抵抗が絶えず変化する場合

15. 副循環ポンプの選び方

副ポンプの役割は違います

建物の配送システムを供給しています

したがって,その設計には,次の事項が考慮されるべきである.

• ターミナル流量要件

• パイプの長さ

• 管の直径

• 配列数

• 制御バルブ

• 混合バルブ

• マニフォールド

• ラジエーター

• 扇風機コイル

• 床暖房回路

• ゾーンの同時操作

総二次流量は,アクティブ端末負荷に基づいています.

しかし,必要なポンプヘッドは通常,最も水力学的要求の高い回路各平行枝の圧力を足すことではありません.

この区別は極めて重要です

16例:床暖房二次ポンプ

床暖房システムには以下の条件があるとします

総流量=1.8 m3/h

最も厳しいループと配送パイプワークでは,計算された圧力低下は以下と同じです.

4.0 m 水頭

したがって,ポンプは以下のような環境で効率的に動作するように選択する必要があります.

1.8 m3/h @ 4,0 m の頭

標識がこう書いてあるからではなく

最大流量 = 4 m3/h

または

最大ヘッド = 7 m

ポンプ曲線をチェックする必要があります.

17大きいポンプ が 良くない 理由

循環ポンプの大きさを過大にするのは よくある間違いです

大きすぎるポンプは以下を引き起こす可能性があります.

• 水の速度が過剰である

• 電気消費量が増加

• バルブノイズ

• 流出騒音

• 過剰な差圧

• 不必要な絞め込み

• 劣悪地帯の制御

設計された水力装置から 遠ざけることもあります

サイズが小さすぎるポンプは 様々な問題を引き起こします

• 水流が不十分

• 過剰な ΔT

• 端末の出力が悪い

• 流量アラーム

• 不安定な熱ポンプ動作

サイズを正しく設定することが重要です

18変速ポンプ が 一般 に 優先 さ れる 理由

住宅用暖房・冷却システムは 常流で動作するのはめったにない.

10つの暖房ゾーンを持つヴィラを想像してください.

設計条件では:

10 ゾーン オープン

冬の正常運転中に:

6 オープンゾーン

穏やかな天候では:

2 ゾーン オープン

必要な二次流量は大きく変化します

フル出力で固定速度ポンプを動かすと エネルギーが無駄になり,ゾーンが閉まるときに過度の差圧が生じる可能性があります.

現代の変速ECM循環器は,実際の需要に応じて速度を調整することができます.

これは特に有用です.

• 床暖房用 マニホールド

• 温度調節式散熱器弁

• ゾーンバルブ

• ファンコイル制御バルブ

19変速ポンプ は なぜ エネルギー を 節約 する の でしょ う か

ポンプエネルギーは速度と非常に重要な関係があります

ポンプの親和法則によると

流量 速度

頭 速度2

パワー 速度3

ポンプの速度を減らすことで 電力の消費量が劇的に減ります

単純化された理論例として:

ポンプの回転が80%まで減ると:

パワー ≈ 0.83 = 0512

およそ:

元の理論電力の51%

実際のシステムはポンプの効率とシステム特性によって異なりますが,この原則は非常に重要です.

建物が実際に必要とする水量より多く移動しないでください.

20どのポンプ タイプ を 使う べき です か.

現代の住宅用および軽型商業用熱ポンプシステムでは,高効率の電子制御循環器が一般的に好ましい.

共通する利点は:

• 変速運転

• 常磁気モーター技術

• 部分負荷効率の向上

• 差圧制御

• 低電力消費

• 低騒音

• ゾーニングとより良い互換性

製造元によって,制御モードには以下のものが含まれる.

絶え間ない 圧力

ゾーンバルブが頻繁に開閉するシステムに有用です.

比例 的 な 圧力

温度調節バルブを搭載したラジエーターシステムにはよく使えます.

恒常速度

特定の固定流量プライマリ回路にはまだ適しているかもしれない.

正確なモードは水力設計に依存します

21遠心ポンプはどうでしょう?

大型の遠心ポンプは,多くの商用および産業用 HVAC システムに適しています.

ポンプが"遠心"か"遠心"でないかではなく,多くの水循環器は基本的に遠心水力原理を使用します.

重要な質問は

• ポンプは,必要な作業地点に適していますか?

• 効率的に調節できるのか?

• 運動効率は?

• その部分負荷の性能は?

• システム制御戦略に適していますか?

• 音響性能は適切ですか?

住宅用装置では,騒音と部分負荷効率が特に重要です.

大規模な商業用プロジェクトでは,適切に選択された変頻ポンプがより適切かもしれません.

22常識的な誤り: 建物の高さをポンプヘッドとして使う

これは特に注意に値する.

について閉ざされた水力システム3階建ての建物では 循環ポンプが 建物全体で 水を連続的に "引き上げ"なければならないわけではありません

システムに圧力が加えられれば,上下静的ヘッドはほぼ平衡する.

循環ポンプは主に以下を克服する必要があります

摩擦圧減

下記から:

• パイプ

• 配列

• バルブ

• 熱交換機

• マニフォールド

• ターミナル

建築の高さは静的充填圧,膨張容器設計,最低システム圧力循環ポンプヘッドに直接加わらないで

これは水力HVAC設計で 最も一般的なポンプサイズ誤解の一つです

23主要ポンプと二次ポンプは,異なる制御目標を持つべきです.

正しく設計された二次システムでは:

主要ポンプ

目的は以下のとおりです.

熱ポンプを通して必要な流れを維持します.

通常,その動作は熱ポンプの要求事項と製造者の制御論理に従って行われます.

副ポンプ

目的は以下のとおりです.

建物端末に実際に必要な流れを供給する.

その動作は以下の条件に対応できる:

• 室内温度調節器

• ゾーンバルブ

• 差圧

• 建物管理システム

• 熱・冷却需要

この分離により 各ポンプが実際の機能に従って動作できます

24バッファータンクとポンプの選択は,一緒に検討する必要があります.

バッファータンクとポンプは,決して独立して設計されるべきではない.

設計の完全な関係とは

熱ポンプ容量

↓

必要な主要流量

↓

主要ポンプ

↓

バッファータンク/水力インターフェース

↓

建設 負荷

↓

副流量

↓

副ポンプ

↓

ターミナルユニット

それぞれの成分が他の要素に影響します

例えば,端末 ΔT を変更すると,必要な流れが変わります.

必要な流れの変更:

• パイプ速度

• パイプ圧力低下

• パンプの動作点

• ポンプの電力の消費量

• 水力混合条件

水力システム設計は 完全な工学問題として扱われるべきです

25実践的な設計チェックリスト

空気から水への熱ポンプシステムのためのバッファタンクと循環ポンプを選択する前に,エンジニアは以下のものを決定すべきである.

熱ポンプ

• 熱/冷却の定数容量

• 最低の調節能力

• 製造者の最小流量

• 推奨設計流程

• システム水量の最小限

• 必要な ΔT

• 解凍要件

バッファータンク

• 既存のシステム水量

• 建物における最小のアクティブ負荷

• 必要な最小実行時間

• 許容される温度振動

• 必要な水力分離

• 2管または4管の配置

• 隔熱レベル

主要ポンプ

• 必要な熱ポンプ流量

• 熱交換器の圧力低下

• パイプの主力抵抗

• バルブと固定抵抗

• パンプの動作点

副ポンプ

• 建物設計負荷

• ターミナル流量

• 最も厳しい液圧回路

• ゾーン制御戦略

• 部分負荷操作

• 変速要求

これらのパラメータが知られている場合,部品の選択ははるかに信頼性が高くなります.

26エンジニアリングの最終原則

バッファータンクとポンプを選択する際には,より大きいのは自動的により安全ではない.

大きすぎるタンク → より多くのコスト + より多くの熱損失 + より遅い反応

超大型のポンプ → 電気 + 騒音 + 過剰な差圧

タンク の サイズ の 不足 → 短距離 サイクル の リスク が 増加 する

サイズ不足のポンプ → 流量不足 + 熱伝送が不十分

目的は,正しい運用バランスを 見つけることです.

適切に設計された二次水力システムでは:

熱ポンプは必要な流れを受け 建物も必要な流れを受け ポンプは必要以上に水を移動させてはならない

効率的な水力設計の 基礎です

結論: 熱ポンプ だけ で は なく,システム を 設計 する

効率的な空気源熱ポンプを選ぶのは 始まりに過ぎません

装置の実用的な性能は,水力システム全体がどのように協働するかによって異なります.

熱ポンプ + バッファータンク + プライマリポンプ + セカンドポンプ + パイプワーク + コントロール + ターミナル + 建物負荷

正確にサイズを合わせたバッファタンクは十分な熱質量を提供し,短サイクルを削減し,必要に応じて水力分離を可能にします.

正しく選択されたプライマリポンプは,熱ポンプを通して安定した流れを維持することができます.

適切に制御された二次ポンプは,実際の建物の需要に効率的に反応することができます.

これらの構成要素が1つのシステムとして設計された場合,結果は以下のようになる.

より安定した操作 補助エネルギー消費量が少ない より快適 制御が簡単 長期的に信頼性が高い

最大のバッファタンクや 最強の循環ポンプを使わないことです

各部品が,可能な限りその部品に近い状態で動作するようにすることです.実際の設計要件.

熱ポンプの工学的な能力です

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FAQ: バッファータンクとポンプの選択

空気源熱ポンプのバッファタンクはどのくらいの大きさになるべきですか?

バッファタンクには普遍的なサイズはありません.最小熱ポンプ出力,最小建築物負荷,既存の水量,許容温度変動から決定する必要があります.必要な最小圧縮機走行時間, ゾーニングと製造者要件

10リットルか20リットルか?

ある種のアプリケーションでは初期的な慣例として使用できますが,製造者の要求や熱容量計算を代替すべきではありません.同じ定量容量を持つ2つの熱ポンプは,非常に異なる最小調節レベルを持つことができます..

熱ポンプの水流量はどうやって計算する?

水については,有用な近似は以下です.

流量 (m3/h) = 容量 (kW) / [1.163 × ΔT (°C) ]

ΔT 5°Cで動作する12 kWの熱ポンプでは,流量は約2.06 m3/h.

熱ポンプの循環ポンプをどうやって選べますか?

必要な水流量と回路圧力の総低下を決定し,その後の性能曲線が必要な頭部で流量を提供するポンプを選択します.最大流量または最大ヘッドのみを使用したポンプを選択しないでください..

主要ポンプと副ポンプは同じサイズでなければならないか?

必ずしもそうではない.主ポンプは熱ポンプ回路の要求に応じて選択され,次要ポンプは建物配送システムに応じて選択されます.

変動速度循環ポンプは熱ポンプに優れているか?

熱ポンプの制御戦略は,熱ポンプ製造者の最低流量要件を維持しなければならない.