ボイラー を 空気 源 の 熱 ポンプ に 置き換える こと は,熱 源 を 置き換える こと だけ で ない

伝統的なガス,石油,電気ボイラーを空気から水への熱ポンプ住宅,商業,公共の建物での改装プロジェクトではますます一般的になっています.

しかし,成功裏に改装されたものは,単に

ボイラーを外す → 熱ポンプを設置 → 既存のパイプを接続する.

熱ポンプとボイラーは,非常に異なる液体と温度条件下で動作します.

ボイラーは通常,供給水と返水水との間の温度差が比較的大きいのに,比較的高い水温を供給することができる.一方,熱ポンプは,通常は,注意深く制御された水流で低温の水を供給するときに最高の効率を達成します..

これは,ボイラーを交換する前に,エンジニアはいくつかの重要な質問に答えなければならないことを意味します.

1. 建物の実際の暖房・冷却負荷は?

2. 設計された室外温度では熱ポンプの容量はどれくらいあるべきですか?

3. 既存の扇風機コイル,ラジエーター,床暖房システムは新しい水温で動作できますか?

4. 既存のパイプは十分な水流を供給できるのか?

5. 既存の循環ポンプは適していますか?

6. 水力分離,バッファタンク,または副回路が必要ですか?

これらの疑問を理解することは 信頼性の高いボイラーから熱ポンプの改装の鍵です

1既存のボイラー容量ではなく 建物負荷から始めます

熱ポンプの改装において 最もよくある間違いの一つは,既存のボイラー名札に印刷されている容量に応じて新しい熱ポンプを選択することです.

例えば:

既存のボイラー容量 = 100 kW
100 kW の熱ポンプを設置してください

このアプローチは ひどく誤解を招く可能性があります

伝統的なボイラーはしばしば大きすぎており,その名乗容量は必ずしも建物の実際のピーク暖房需要を表しているわけではありません.

適切な出発点は,設計式加熱負荷.

冷却を必要とするプロジェクトでは,設計冷却負荷も計算しなければならない.

簡素化された予備見積もりは,以下を用いることができる.

$$Q = A × q$$

どこに:

• Q について= 建物の負荷推定,W

• A について= 床面積,m2

• q= 単位負荷推定,W/m2

例えば,1万m2の建物で,推定加熱負荷が70W/m2である場合:

$$10,000 × 70 = 700,000W$$

だから:

$$Q_{加熱}=700kW$$

しかし,W/m2 の値は,予備評価.

最終的な熱ポンプの選択は,建物の熱損失/熱利益の適切な計算に基づいて,保温,ガラス,換気/浸透,占用,内部利益,室外設計温度と必要な室内温度.

2. 熱ポンプ容量は設計室外温度で確認する必要があります.

これは特に空気源熱ポンプにとって重要です.

20 kWの熱ポンプとして宣伝されている熱ポンプは,必ずしもすべての屋外条件で 20 kWを供給する必要はありません.

室外気温が下がると,空気源熱ポンプの利用可能な加熱容量とCOPが大きく変化します.

したがって,エンジニアは,以下のような名前の条件に基づいて機器を選択すべきではありません.

A7/W35

その代わりに,容量を実際のプロジェクト設計条件と比較して確認すべきです.例えば:

• A7/W35

• A2/W35

• A−7/W35

• A−15/W45

• A−20/W55

気候や用途によって異なります

正確な原則は

$$建築設計について$$

意図的に設計された場合を除きバイバレンスのシステム補助暖房で

冷たい気候のプロジェクトでは,低温の加熱能力は,カタログに記された名目 kWよりもしばしば重要になります.

3暖房と冷却の負荷は,異なる熱ポンプの選択につながります

逆転可能な空気から水への熱ポンプシステムでは,別の疑問が浮かびます.

熱ポンプの大きさは,加熱負荷か冷却負荷によって測るべきですか?

答えは気候に依存します

冷たい気候

寒い気候では,暖房の負荷が通常優勢です.

熱ポンプは,通常,冬季設計暖房負荷低温室熱容量を確認した後に

夏の冷却能力は自動的に十分になるかもしれません.

暑い 夏 / 寒い 冬 の 気候

暖房と冷却の両方の需要が大きい気候では状況が異なります.

商業用建物には

$$Q_{加熱}=700kW$$

しかし:

$$Q_{冷却}=1,500kW$$

熱ポンプ装置全体を1,500kWの大きさにするのは 冷却ピークのためだけで,過大型の暖房システムが生じる可能性があります.

可能な技術的解決策は ハイブリッドプラントです

空気から水への熱ポンプ → ベース加熱 + 部分冷却

プラス

クリエーター → 補充ピーク冷却

設備の利用率を向上させ 工場の運用を柔軟にできます

正確な構成は負荷プロファイル,気候,営業時間,電気料金,冗長性要件,ライフサイクルコストによって決定されるべきです.ピーク容量だけではありません.

4熱ポンプと既存のファンコイルを使用できますか?

多くのボイラー交換プロジェクトでは,建物には既に水力風扇コイルユニットがあります.

良いニュースは

既存の扇風機コイルは自動的に交換する必要はありません.

しかし,その性能は,新しい動作温度で確認する必要があります.

扇風機コイル容量は,コイルに流入する水と室内空気の温度差に大きく依存する.したがって,水の温度を下げることは,一般的に加熱出力を減らす.製造者による性能表は,利用可能な限り使用すべきである.(この件についてカレフィ (Caleffi S.p.A.))

例えば ファンコイルは

ボイラーシステム

70°Cの供給/60°Cの帰還

下記条件で動作する場合は,かなり少ない熱を供給できる:

熱ポンプシステム

45°Cの供給/40°Cの帰還

適切な質問は

45°Cの水で風扇コイルは動作できますか?

その理由は:

この扇風機コイルは,実際の空気流と水流条件下で45°Cの水温で必要な室温容量を供給できますか?

この区別は極めて重要です

5ファンコイルは特に暖房+冷却熱ポンプシステムに魅力的です

熱ポンプの改装プロジェクトでは,扇風機コイルシステムには大きな利点があります.

同じターミナルは通常,暖房と冷却の両方を供給することができます.

冬の間:

空気源熱ポンプ → 温水 → 扇風機コイル → 室温

夏の間:

空気源熱ポンプ → 冷却水 → 扇風機コイル → 空間冷却

このことが扇風機コイルを ホテル,オフィス,学校,アパート,商業用建物に特に魅力的にしています.

しかし,冷却水を使用する場合,風扇コイルとパイプシステムも,適切な隔離と冷却水排出を含む冷却制御のために設計されなければならない.

現代の水力設計ガイドラインでは,風扇コイルが空気から水への熱ポンプの有用な熱放出機として認識されています.特に,水温が低いのに十分な大きさの交換器の表面で設計された場合(この件についてカレフィ (Caleffi S.p.A.))

6既存の扇風機コイルパイプを交換する必要があるか?

必ずしもそうではない

水回路における熱伝達を支配する基本的な関係は,次のとおりである.

$$Q=ドット m c_pDelta T$$

どこに:

• Q について= 熱伝達率

• ṁ= 水質量流量

• Cp= 固有熱容量

• ΔT=供給水と帰水水の温度差

この式は,ボイラーと熱ポンプの水力システムとの最も重要な違いの1つを説明します.

同じ熱伝達速度では:

$$ドット mプロプト frac{1}{デルタ T}$$

したがって,設計 ΔT が小さくなるにつれて,必要な水の流れは大きくなります. (カレフィ (Caleffi S.p.A.))

7なぜ熱ポンプはしばしばより高い水流を必要とするのか

シンプル な 例 を 考え て ください.

システムには,以下を転送する必要があります.

$$Q=100kW$$

水については,便利なメトリック近似は:

$$Q (kW) 約1.163倍 流量 (m3/h) 倍 デルタ (T) (K)$$

だから:

$$流量=frac{Q}{1.163倍Delta T}$$

ΔT = 10°C で

$$流量=割数{100}{1.163×10}$$ $$流量 約8.6m3/h$$

ΔT = 5°C で

$$流量=割数{100}{1.163×5}$$ $$流量 約17.2m3/h$$

10°Cから5°Cに減らします.必要な水の流れを倍にする.

熱ポンプにボイラーを入れると,熱容量が正しく計算された場合でも水力学的な問題が生じることがあります.

既存のパイプは,必要な熱ポンプ流量には小さすぎるかもしれません.

8単純 に 大きな ポンプ を 設置 する こと が 必ずしも 解決策 で は あり ませ ん

一般的な反応は:

流量が低すぎると,より大きな循環ポンプを設置してください.

時にはうまくいきます

時には別の問題を生み出します

ポンプヘッドを増加させることは,パイプワークのサイズが不足している場合を無限に補償することはできません.過剰な速度は以下のような結果をもたらす可能性があります.

• 圧力の低下が増加する

• ポンプの電力の消費量が高くなる

• 流出騒音

• バルブ騒音

• 侵食リスク

• 水力バランス不良

• 遠くの枝に 十分な流量がない

したがって正しい手順は

必要な熱容量 → 必要な水流量 → パイプ圧力低下 → 利用可能なポンプヘッド → 循環ポンプの選択

独立してポンプを選択するのではなく

9既存のパイプワークは 交換する前に評価されるべきです

既存の水道パイプをすべて交換すると 改装が非常に費用がかかり 破壊的になります

ですから エンジニアはまず,既存のネットワークがまだ利用可能かどうか調べるべきです.

チェック:

• 主管径

• 支線管の直径

• 管の長さ

• 配列とバルブ圧力低下

• 既存のポンプ曲線

• 可能な差圧

• 必要な熱ポンプ流量

• 許容される水速さ

• 水力バランス

既存のパイプワークが 適正な圧力損失と速度で 必要な流れを運ぶことができれば 交換する必要はないかもしれません

これはリニューアルコストを削減する 最大の機会の一つです

10床暖房は通常,熱ポンプに最適です.

既存の水力床暖房は,通常の散熱器よりも熱ポンプに適しています.

なぜ? なぜ?

床暖房は非常に大きな熱を放出する表面を使います

より大きな熱移転面積により,比較的低い水温で建物を暖めることができます.

熱ポンプが好むのはまさにこれです

Modern heat-pump design guidance identifies well-designed floor heating as particularly suitable for air-to-water heat pumps because it can deliver the required room heat output at relatively low supply water temperatures熱ポンプの効率を向上させる. (カレフィ (Caleffi S.p.A.))

典型的な低温加熱操作は以下のように:

30~35°C の供給水

あるいは

35~40°C の供給水

建築の負荷,床の構造,管の間隔,床の覆い,屋外環境によって異なります

実際の設計温度は仮定ではなく常に計算しなければならない.

11重要な違い:床暖房 ΔT

既存の床暖房回路は,熱ポンプが必要とするより大きな供給回帰温度差のために設計されている可能性があります.

古いフロア回路が:

$$デルタ T=10°C$$

しかし,熱ポンプは,約:

$$デルタ T=5°C$$

同じ熱容量では,熱ポンプ側には約2倍の水流が必要になります.

これは次の間の不一致を引き起こす可能性があります.

熱ポンプの必要な流量

そして

既存のUFH回路の流量容量

床暖房のパイプは全て交換する必要は 自動的にありません

その代わりに 正しく設計する必要があります

12液体分離は多くの改装問題を解決します

効果的な解決策の一つは,温熱ポンプ回路と建物の配送回路を水力的に分離することです.

典型的には以下のとおりです

熱ポンプ → 主要ポンプ → バッファータンク/水力分離器 → 二次ポンプ → 既存の UFH またはファンコイルシステム

既存の建物回路が異なる流量で動作している間,熱ポンプ回路が熱ポンプに必要な流量を維持できるようにします.

これは特に,次の場合に役立ちます.

• 複数の加熱ゾーンが独立して開閉する.

• 既存の配送流量と熱ポンプ流量が異なる場合

• 複数の熱ポンプが連続して動作する.

• ファンコイルと床暖房の両方が使用されます.

• 熱ポンプシステムの最小容量が維持されなければならない.

• 解凍作業には貯蔵された熱エネルギーが必要です.

液体分離により,主流と二次循環器は安定した,しかし潜在的に異なる流量で動作する. (カレフィ (Caleffi S.p.A.))

13既存のラジエーターはどうでしょう?

ラジエーターはもっと注意深く評価する必要があります.

多くの古いボイラーシステムは,比較的高い水温で設計された.

水温がはるかに低い温度で動作する熱ポンプは,したがって,ラジエータの出力が不十分である可能性があります.

可能な解決策は以下の通りです

• ラジエータのサイズを増やすこと

• 追加のラジエーターを追加する.

• 扇風機付き散熱装置の設置

• 建物の保温を改善する

• 建物の熱損失を減らすこと

• 低温扇風機コイルを使用する

• 必要に応じて,より高い水温を保持できる熱ポンプを選択する.

目標としては,

建物の加熱負荷を満たす最小の実用的な供給水の温度を使用する.

必要な水温が低い場合,空気から水への熱ポンプは,COPが高い状態で動作することが可能である (カレフィ (Caleffi S.p.A.))

14水力バランスを無視しないでください.

改装後,システム全体の流れが正しければよいが,一部の部屋はまだ暖房が十分でない.

なぜ? なぜ?

水は最小の水力抵抗の経路をたどるからです

短回路は過剰な流れを受け 長い回路は空腹です

したがって,後装の運用には,以下の事項が含まれます.

• 支店のバランス

• マニポリット流量調整

• 差圧の検証

• ポンプの速度調整

• 供給/帰帰温度測定

• ターミナルフローの検証

パラレル水力回路は,個々の支線が独立してバランスと制御できるため,特に有用である. (カレフィ (Caleffi S.p.A.))

15熱ポンプからボイラーへのリモートワーク

エンジニアリングプロジェクトでは,このプロセスは以下のように要約できます.

ステップ 1 建築物負荷を計算する

設計熱量と必要に応じて冷却負荷を決定する

↓

ステップ2 設計外環境を決定する

地元の冬と夏の設計温度を使用します

↓

ステップ3 熱ポンプ容量を選択する

必要な屋外温度と水温で実際の加熱/冷却出力を確認する.

↓

ステップ4 必要な供給水の温度を決定する

既存のファンコイル,ラジエーター,床暖房を評価する.

↓

ステップ 5 必要な水流量計算

使用方法:

$$Q=ドット m c_pDelta T$$

↓

ステップ6 既存のパイプワークをチェック

直径,圧力損失,許容速度を確認する.

↓

ステップ7 循環ポンプを選択する

設計流量と計算されたシステム抵抗を使用し,パイプ直径だけではありません.

↓

ステップ8 液圧分離が必要かどうかを決定する

バッファータンク,水力分離器,次要ポンプなど

↓

ステップ9 残高と手数料

実流量,供給温度,帰帰温度,ΔTを動作条件で測定する.

16例: 500 kW の暖房改装

設計式暖房負荷が以下のような商業用建物を考えてみよう.

$$500kW$$

熱ポンプシステムが次のように設計されている場合:

$$デルタ T=5°C$$

その場合:

$$流量=割数{500}{1.163×5}$$ $$流量 約86m3/h$$

基本の水回路は,約86m3/h設計条件下で

既存のボイラー回路が

$$デルタ T=10°C$$

その以前の設計流程は,以下のみであったことが可能である.

$$流量=割数{500}{1.163×10}$$ $$流量 約43m3/h$$

新しい熱ポンプは,大体設計水流量の2倍.

その単一の計算はすぐに 探究すべきことを エンジニアに知らせます

既存のパイプネットワークとポンプは 増加した流れに対応できますか?

もしそうだとしたら,元のシステムの多くが残るかもしれません.

もしそうでなければ,水力学的な変更が必要です.

17熱ポンプに換算するボイラーを成功させるのは何ですか?

順調な改装には 3つのシステムが必要で

熱源

熱ポンプは,実際の屋外条件下で十分な容量を提供しなければならない.

熱の分布

パイプとポンプは十分な水流を供給しなければならない.

熱放出機

扇風機コイル,ラジエーター,床暖房は,選択した水温で十分な室内出力を供給しなければならない.

この3つのうちのいずれかが正しく設計されていない場合,システムには次のことが起こる可能性があります.

十分な暖房 → 高温の水 → 低COP → 高電力消費 → 顧客体験の不良

熱ポンプの改装は常に完全な水力システム工学プロジェクト単に機器の交換ではなく

よく 聞かれる 質問

ガスボイラーを空気源熱ポンプで直接交換できますか?

時には,しかし,既存のシステムは,まず熱負荷,必要な水温,端末出力,水流量,パイプ直径と循環ポンプの容量をチェックする必要があります.水力分析なしで直接1対1の交換は,低性能につながる可能性があります.

既存の扇風機コイルは 空気から水への熱ポンプで動作できますか?

はい,多くの場合です.しかし,その加熱能力は,通常熱ポンプの動作に関連した低い水温で確認する必要があります.製造者による性能データは,利用可能な限り使用すべきである..

既存の床暖房は熱ポンプで使えるのか?

通常はそうです.水力床暖房は,その大きな放出面積が比較的低い供給水の温度を可能にするため,熱ポンプに特に適しています.

なぜ熱ポンプは高水流を必要とするのか?

熱伝達は,水流と供給回帰温度差の両方に依存する.ΔTが減ると,同じ量の熱を伝達するために水流が増加しなければならない.

既存の暖房管を交換する必要があるか.

必ずしも. 既存のパイプワークは,新しい必要な流量と圧力低下に対して水力的にチェックする必要があります. 過剰な速度やポンプヘッドなしで受け入れられる流量を達成できる場合は,パイプは残る.

ボイラーを熱ポンプに置き換えるときにバッファタンクを設置するべきか.

システム設計によって異なります. 温熱ポンプと建物の回路が異なる流量を必要とし,複数のゾーンが頻繁に閉ざされるときに,バッファタンクまたは水力分離器が便利です.追加のシステム容量が必要である場合安定した解凍が求められる場合

熱ポンプには扇風機コイルか 床暖房が良いですか?

床暖房 は 低温 で 優れた 熱 効率 を 提供 し ます.扇風機 の ローリング は 暖房 と 冷却 水 の 両方 を 提供 し ます.最も良い選択は建物の種類によって決まります熱冷却の需要と既存の配送インフラ

結論

ボイラーを空気源熱ポンプに置き換えるのは,主に同じKWの熱ポンプを見つける問題ではありません.

真のエンジニアリングの問題は

熱ポンプ,水分配送システム,既存の熱放出装置が,必要な水温,流量,設計負荷で一緒に動作できますか?

したがって,専門的な改装は,建物の負荷計算から始まり,熱ポンプの性能選択,端末の検証,水力分析から始まります.

既存の扇風機コイルや床暖房システムは,しばしば維持され,改修コストを大幅に削減することができます. しかし,これはエンジニアが注意深く確認した場合にのみ可能です.水温,ΔT,流量,パイプ圧力低下,循環ポンプ性能,端末容量.

これらの要素が正しく組み合わせられた場合,ボイラーベースの水力システムを空気から水への熱ポンプに変換することで効率的な加熱が可能になります.冷却と長期的なエネルギー節約で,配送システムを全部無用に再構築することなく.

テクニカルノート

上記の方程式と例は,予備的な工学的な理解を目的としています.最終機器の選択には,常にプロジェクト特有の熱損失/熱利益計算を使用する必要があります.地元の設計天気データ熱ポンプ/扇風機コイル製造者の認証された性能データ.

Wotech 専門的な空気源熱ポンプソリューション

住宅用,商業用およびOEM用空気給水熱ポンプソリューション,低温暖房,扇風機コイル,床暖房などについては,以下を参照してください.

www.ecoheat-pump.com について