ΕΝΟΤΗΤΑ 3. Σχεδιασμός και ενσωμάτωση συστημάτων

Τα προηγούμενα κεφάλαια επικεντρώθηκαν στην εσωτερική λειτουργία των αντλιών θερμότητας: τον θερμοδυναμικό κύκλο και τα βασικά τους εξαρτήματα. Σε αυτό το κεφάλαιο, η προοπτική αλλάζει. Η αντλία θερμότητας δεν αντιμετωπίζεται ως μεμονωμένη μηχανή, αλλά ως εξοπλισμός που πρέπει να ενσωματωθεί στο σύστημα HVAC ενός κτιρίου. Ο στόχος είναι να κατανοήσουμε πώς συμπεριφέρεται η μονάδα όταν συνδέεται με θερμαντικά σώματα, συστήματα αποθήκευσης, συστήματα ελέγχου και άλλες πηγές ενέργειας.

Ξεκινάμε εξετάζοντας την απόδοση των αντλιών θερμότητας υπό πραγματικές συνθήκες λειτουργίας και τους περιορισμούς που διέπουν τη συμπεριφορά τους ( Μάθημα 14 ). Αυτό περιλαμβάνει την επίδραση της εξωτερικής θερμοκρασίας, της θερμοκρασίας τροφοδοσίας, της λειτουργίας μερικού φορτίου, των κύκλων απόψυξης και του φάσματος λειτουργίας που ορίζεται από τον κατασκευαστή. Αυτές οι πτυχές συνδέονται με δείκτες απόδοσης στιγμιαίας και εποχιακής φύσης, οι οποίοι είναι απαραίτητοι για τον σωστό υπολογισμό του μεγέθους και για την πρόβλεψη της απόδοσης της αντλίας θερμότητας κατά τη διάρκεια των περιόδων θέρμανσης και ψύξης.

Στη συνέχεια, το κεφάλαιο επικεντρώνεται στα συστήματα που πρέπει να εξυπηρετεί η αντλία θερμότητας: κλιματισμός χώρων ( Μάθημα 15 ) και ζεστό νερό χρήσης ( Μάθημα 16 ). Αναλύουμε τους τυπικούς εκπομπούς που χρησιμοποιούνται με τις αντλίες θερμότητας (καλοριφέρ, ενδοδαπέδια θέρμανση, fan coils και παρόμοιες μονάδες) και πόσο σημαντικές είναι οι απαιτήσεις θερμοκρασίας τους κατά τη χρήση αντλιών θερμότητας. Για το ζεστό νερό χρήσης, εξετάζουμε τις διατάξεις, τις έννοιες αποθήκευσης, τους κανόνες διαστασιολόγησης και τους λειτουργικούς περιορισμούς, όπως η στρωματοποίηση και ο έλεγχος της λεγιονέλλας.

Επειδή οι υδραυλικές αντλίες θερμότητας είναι η πιο κοινή τεχνολογία σε έργα αντικατάστασης λεβήτων, δίνεται ιδιαίτερη προσοχή στα συστήματα με βάση το νερό. Στο Μάθημα 17 μελετάμε τα υδραυλικά εξαρτήματα που πρέπει να προστεθούν ή να προσαρμοστούν για να εξασφαλιστεί η σωστή λειτουργία: δεξαμενές αποθήκευσης, αντλίες διανομής, βαλβίδες παράκαμψης, υδραυλικοί διαχωριστές, βαλβίδες εκτροπής, προστασία από τον παγετό και άλλα στοιχεία που σταθεροποιούν τη ροή, τη θερμοκρασία και την πίεση του συστήματος. Με βάση αυτό, το παρουσιάζει τυπικά σχήματα που συνδυάζουν αντλίες θερμότητας, θερμαντικά σώματα, δεξαμενές αποθήκευσης και βοηθητικά συστήματα σε πρακτικές οικιακές και μικρές εμπορικές εγκαταστάσεις.

Μόλις κατανοηθούν τα βασικά σχήματα, η εστίαση μετατοπίζεται στον σχεδιασμό και τον έλεγχο. Το εισάγει την εκτίμηση του φορτίου θέρμανσης και ψύξης, ορίζει την αιχμή και την εποχική ζήτηση και δείχνει πώς αυτά συνδέονται με τον υπολογισμό του μεγέθους της αντλίας θερμότητας σε διαφορετικές συνθήκες κτιρίου. Στη συνέχεια, στο Μάθημα 20 εξετάζουμε στρατηγικές ελέγχου που συνδέουν την απόδοση της αντλίας θερμότητας με τη ζήτηση του κτιρίου, συμπεριλαμβανομένου του ελέγχου με αντιστάθμιση καιρικών συνθηκών, των χρονοδιαγραμμάτων, των έξυπνων θερμοστατών, της τοποθέτησης αισθητήρων και των κύριων ακολουθιών ελέγχου για τη ρύθμιση της θερμοκρασίας και της ροής.

Τέλος, το κεφάλαιο εξετάζει την ενσωμάτωση με άλλες ανανεώσιμες πηγές ( Μάθημα 21 ). Εξετάζουμε πώς οι αντλίες θερμότητας αλληλεπιδρούν με φωτοβολταϊκά και ηλιακά θερμικά συστήματα, πώς η πλεονάζουσα φωτοβολταϊκή ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την υποστήριξη της λειτουργίας και πώς τα συνδυασμένα συστήματα μοιράζονται την παραγωγή ζεστού νερού χρήσης. Το κεφάλαιο ολοκληρώνεται με μια εισαγωγή στα συστήματα γεωθερμικών αντλιών θερμότητας ( Μάθημα 22 ), τους κύριους τύπους συλλεκτών τους, τις πτυχές εγκατάστασης και τα λειτουργικά ζητήματα που επηρεάζουν τη μακροπρόθεσμη απόδοση.

Συνολικά, αυτά τα θέματα παρέχουν μια ολοκληρωμένη εικόνα του τρόπου με τον οποίο οι αντλίες θερμότητας σχεδιάζονται, ενσωματώνονται και λειτουργούν σε πραγματικά συστήματα κτιρίων.