تحتوي محطة التدفئة والتبريد ذات 4 أنابيب على كل من معدات التدفئة والتبريد المركزية وهي قادرة على توصيل مياه التسخين والمياه المبردة إلى المبنى في وقت واحد من خلال أربعة أنابيب (مصدر مياه واحد للتدفئة ، ومرجع واحد لمياه التسخين ، وإمدادات مياه مبردة ، وواحد عودة الماء المبرد). ستحتوي معدات التدفئة والتبريد داخل المبنى المتصل بنظام رباعي الأنابيب على أربعة وصلات أنابيب ، ما لم توفر المعدات إما التدفئة فقط أو التبريد فقط. في هذه الحالة ، سيكون للجهاز توصيلتان فقط من الأنابيب.
الشكل أعلاه هو رسم تخطيطي لأنابيب محطة تدفئة وتبريد بأربعة أنابيب تستخدم غلايتين لتكثيف الماء الساخن ومبردين مبردين بالماء. يعتبر ترتيب الضخ أوليًا - ثانويًا لكل من أنظمة تسخين المياه والمياه المبردة. كل من أنظمة التدفئة والمياه المبردة هي أنظمة تدفق متغيرة مع محركات متغيرة التردد تتحكم في سرعة التدفئة (الثانوية) ومضخات نظام المياه المبردة. إحدى المضختين الموضحتين لمضخات نظام التدفئة والمياه المبردة وأحد مضخات مياه المكثف هي مضخة احتياطية. يتم تخصيص مضخة مياه مكثف منفصلة وبرج تبريد لكل مبرد. صممت صمامات الإغلاق التلقائي لتوصيلات أنابيب الإمداد بالمكثف والعودة والمعادل لعزل برج التبريد الخامل عند تشغيل مبرد واحد فقط.
تحتوي محطة التدفئة والتبريد ذات الأنبوبين على كل من معدات التدفئة والتبريد المركزية ولكنها غير قادرة على توصيل مياه التدفئة والمياه المبردة إلى المبنى في وقت واحد. تعمل إما في وضع التسخين أو وضع التبريد وتوفر إما تسخين المياه أو الماء المبرد من خلال أنبوبين (إمداد مياه مزدوج درجة الحرارة وعودة مياه مزدوجة درجة الحرارة) إلى المبنى. معدات التدفئة والتبريد داخل المبنى المتصل بنظام من أنبوبين سيكون لها توصيلان من الأنابيب.
الشكل أعلاه هو رسم تخطيطي للأنابيب لمحطة التدفئة والتبريد ذات الأنبوبين والتي تستخدم: ili7.es غلايتان لتكثيف الماء الساخن ومبرد واحد watet '<ooled. ترتيب الضخ عندما تعمل المحطة في وضع التسخين هو نظام ضخ أولي ثانوي مع مضخة أولية مخصصة لكل غلاية لضمان التدفق المستمر للمياه عبر كل غلاية تكثيف. مضخات نظام المياه ذات درجة الحرارة المزدوجة هي سرعة ثابتة وتعمل كمضخات ثانوية.
إحدى المضختين الموضحتين لمضخات نظام المياه ذات درجة الحرارة المزدوجة ومضخات مياه المكثف هي مضخة احتياطية.
في وضع التبريد ، تعمل المحطة بترتيب ضخ أولي فقط. في هذا الترتيب ، يجب أن يكون نظام الماء ذو درجة الحرارة المزدوجة عبارة عن نظام تدفق ثابت من أجل الحفاظ على التدفق المستمر للمياه عبر المبرد أثناء عملية التبريد. إذا تم تصميم مضخة أولية للمبرد ، فيمكن أن يكون نظام الماء ذو درجة الحرارة المزدوجة عبارة عن نظام تدفق متغير مع محركات تردد متغيرة تتحكم في سرعة مضخات المياه (الثانوية) ذات درجة الحرارة المزدوجة.
متطلبات التصميم
اعتبارات التصميم لمحطات التدفئة والتبريد ذات 4 أنابيب و 2 أنبوب هي كما يلي:
من الشائع تصميم التكرار للمعدات في أنظمة التدفئة (مثل الغلايات والمضخات) لأن تجميد المبنى يمكن أن يحدث في حالة فقد نظام التدفئة. من ناحية أخرى ، ليس من الشائع تصميم التكرار للمعدات في أنظمة التبريد (مثل المبردات والمضخات) لأن التبريد المريح لا يعتبر بشكل عام أمرًا بالغ الأهمية. ومع ذلك ، فإن أنظمة التبريد التي تخدم وظائف مهمة ، مثل أجهزة الكمبيوتر أو مرافق الرعاية الصحية ، قد تتطلب معدات تبريد زائدة عن الحاجة.
نظرًا لأن بعض التكرار في الغلايات مطلوب عادةً ، فمن الشائع لكل من الغلايتين في نظام من 4 أنابيب أو 2 أنبوب أن يكون حجمه لثلثي حمولة التدفئة القصوى للمبنى. يوفر هذا زيادة بنسبة 67٪ للحفاظ على درجة حرارة المبنى أعلى من درجة التجمد في حالة فشل إحدى الغلايات.
بالنسبة للأنظمة الصغيرة ، من الشائع استخدام نظام ضخ ثابت التدفق الأساسي فقط. ومع ذلك ، بالنسبة للأنظمة الأكبر (حيث تكون طاقة الضخ كبيرة) ، يوصى باستخدام نظام ضخ أولي - ثانوي لأن تدفق النظام (أو الثانوي) يمكن أن يتنوع لتقليل استخدام الطاقة للمضخة الثانوية. في نظام الضخ الأولي-الثانوي ، تحتوي كل قطعة من المعدات الأولية ، مثل المرجل أو المبرد ، على مضخة أولية مخصصة. يتم تحقيق وفورات في الطاقة أيضًا من خلال أنظمة الضخ الأولية والثانوية من خلال التدريج على المعدات الأساسية (والمضخات المرتبطة بها) استجابةً لحمل النظام.
توضح الأشكال أعلاه نظام ضخ ثابت التدفق ، ونظام ضخ أولي فقط ونظام ضخ أولي ثانوي. لاحظ أن نظام الضخ الأساسي - الثانوي يتطلب أنبوبًا مشتركًا يربط بين حلقات الضخ الأولية والثانوية. يجب أن يكون حجم الأنبوب المشترك مناسبًا للتدفق الثانوي الكامل ويجب أن يبلغ طوله 10 أقطار كحد أقصى من أجل تقليل أي خلط غير مرغوب فيه وتقليل فقد الضغط عبر هذا الأنبوب إلى أدنى حد ممكن.
من الشائع توفير فائض كامل لمضخة النظام (أو مضخة ثانوية في نظام ضخ أولي ثانوي) من خلال تصميم مضختين ، كل منهما بحجم لتدوير التدفق الكامل. ستعمل إحدى المضخات دائمًا بينما تكون المضخة الأخرى متاحة على أساس الاستعداد في حالة فشل المضخة الرئيسية.
غالبًا ما يتم استخدام نظام الضخ الأولي - الثانوي في الغلايات عالية الكفاءة (التكثيف) نظرًا لحاجتها إلى تدفق مستمر للمياه. بعض الغلايات عالية الكفاءة مجهزة بمضخات أولية مثبتة داخل الغلايات نفسها لضمان أن المبادلات الحرارية تتلقى الحد الأدنى من تدفق المياه المطلوب. كما ذكرنا سابقًا في هذا الفصل ، لم تعد بعض غلايات التكثيف تتطلب حدًا أدنى لمعدل التدفق للتشغيل السليم. نتيجة لذلك ، يمكن توصيل هذه الغلايات بنظام تسخين المياه الذي يستخدم تدفقًا متغيرًا ، وترتيب الضخ الأساسي فقط.
تتمثل إستراتيجية التحكم الشائعة لأنظمة تسخين المياه في إعادة ضبط درجة حرارة مياه التسخين التي يتم توفيرها لمعدات التدفئة في المبنى بناءً على درجة الحرارة الخارجية. تسمح هذه الإستراتيجية بتحكم أفضل في درجة حرارة الفضاء وتقلل أيضًا من فقد الحرارة من نظام أنابيب مياه التسخين أثناء عملية التحميل الجزئي.
الجدول الزمني الشائع لإعادة تسخين المياه للغلايات غير المكثفة هو كما يلي:
- 180 درجة فهرنهايت درجة حرارة إمداد المياه للتسخين عندما تكون درجة الحرارة الخارجية 0 درجة فهرنهايت.
- 140 درجة فهرنهايت درجة حرارة إمداد المياه للتسخين عندما تكون درجة الحرارة الخارجية 50 درجة فهرنهايت.
تختلف درجة حرارة مصدر تسخين المياه بشكل متناسب بين 180 و 140 درجة فهرنهايت حيث تتراوح درجة الحرارة الخارجية بين 0 و 50 درجة فهرنهايت.
ومع ذلك ، كما ذكرنا سابقًا ، يجب أن تحافظ الغلايات غير المكثفة على درجة حرارة مياه عائدة تبلغ 140 درجة فهرنهايت على الأقل ؛ وبالتالي لن يكون من الممكن تحقيق جدول إعادة الضبط المذكور أعلاه من خلال إعادة ضبط درجة حرارة إمداد مياه التسخين من الغلايات. لذلك ، فإن إضافة صمام خلط ثلاثي الاتجاهات لخلط مياه التسخين المرتجعة مع مصدر مياه التسخين مطلوب لإعادة ضبط درجة حرارة إمداد مياه التسخين بناءً على درجة الحرارة الخارجية.
الجدول الزمني الشائع لإعادة تسخين المياه لغلايات التكثيف هو كما يلي:
- 140 درجة فهرنهايت درجة حرارة إمداد المياه للتسخين عندما تكون درجة الحرارة الخارجية 0 درجة فهرنهايت.
- 90 درجة فهرنهايت درجة حرارة إمداد المياه للتسخين عندما تكون درجة الحرارة الخارجية 50 درجة فهرنهايت.
تختلف درجة حرارة مصدر تسخين المياه بشكل متناسب بين 140 و 90 درجة فهرنهايت حيث تتراوح درجة الحرارة الخارجية بين 0 و 50 درجة فهرنهايت.
يتم إعادة ضبط درجة حرارة ماء التسخين باستخدام غلايات التكثيف ببساطة عن طريق إعادة ضبط درجة حرارة إمداد مياه التسخين من الغلايات بناءً على درجة الحرارة الخارجية. كما ذكرنا سابقًا ، تزداد كفاءة غلايات التكثيف مع انخفاض درجة حرارة الماء العائد.
من الأفضل استخدام نفس معايير تحجيم الأنابيب للمحطة المركزية المستخدمة في نظام التوزيع.
تتكون مجموعة مياه المكياج لجميع الأنظمة المغلقة من مانع تدفق عكسي ، وصمام تقليل الضغط ، وصمامات إغلاق.
يجب تركيب المرجل عند أدنى نقطة ضغط تم تطويرها بواسطة مضخة نظام تسخين المياه (جانب الشفط للمضخة) للأسباب التي تمت مناقشتها سابقًا.
بالنسبة لمحطات التبريد التي تتكون من مبردات متعددة مبردة بالماء ، من الشائع أن يكون لكل مبرد برج تبريد مخصص (أو خلية برج تبريد داخل برج تبريد متعدد الخلايا) ومضخة مخصصة لمياه المكثف. يمكن أن تعمل مضخة مياه المكثف الإضافية كمضخة احتياطية لكل نظامين من أنظمة مياه المكثف ، بشرط أن تتطلب الأنظمة نفس معدل تدفق المياه وتركيب الصمامات المناسبة لعزل المضخات.
بالنسبة لمحطات التبريد المركزية التي تحتوي على مبرد واحد وبرج تبريد واحد ، فمن الممكن أن تعمل مضخة ثالثة كمضخة احتياطية لكل من أنظمة المياه المبردة ومياه المكثف ، بشرط أن تحتوي المضخة على نقطة تشغيل مناسبة لكلا النظامين.
أحد العيوب الرئيسية لأنظمة التدفئة والتبريد ثنائية الأنابيب هو الوقت الذي يستغرقه تحقيق التحول من عملية التدفئة إلى عملية التبريد في ربيع كل عام لأن المبردات عمومًا لا يمكنها تحمل درجة حرارة الماء الداخلة إلى المبخر التي تزيد عن 70 درجة فهرنهايت. لذلك ، يجب أن تبرد حلقة الماء ذات درجة الحرارة المزدوجة من درجة حرارة ماء التسخين التي لا تقل عن 140 درجة فهرنهايت (للغلايات غير المكثفة) إلى 70 درجة فهرنهايت قبل أن يمكن تدوير المياه ذات درجة الحرارة المزدوجة من خلال مبخر المبرد ويمكن إنتاج الماء المبرد.
المشكلة في ذلك أنه عندما يتطلب المبنى التبريد ، لا يوجد طلب على التدفئة. وبالتالي ، لا توجد وسيلة لماء دافئ في نظام الماء ذو درجة الحرارة المزدوجة لرفض حرارته. يجب أن تبرد حلقة الماء ذات درجة الحرارة المزدوجة نتيجة لفقد الحرارة من أنابيب المياه المعزولة ذات درجة الحرارة المزدوجة ، والتي يمكن أن تستغرق ما يصل إلى يومين أو ثلاثة أيام ، حسب حجم النظام.
يتوفر حل لهذه المشكلة إذا تم تبريد المبردات بالماء. يمكن تقليل وقت التغيير بشكل كبير من خلال دمج نظام تبريد الماء ذو درجة الحرارة المزدوجة. يستخدم هذا النظام برج التبريد كمصدر لطرد الحرارة لنظام الماء ذي درجة الحرارة المزدوجة عندما يكون في وضع التسخين. إن إضافة مبادل حراري لوحة وإطار ، وصمامات تحويل ثلاثية الاتجاهات ، وأدوات تحكم ضرورية لإنجاز وضع التشغيل هذا ، وتفاصيله خارج نطاق هذا الكتاب.
كتاب تصميم HVAC - W. Larsen Angel ، PE ، LEED AP ، هو مدير في شركة الاستشارات الهندسية MEP Green Building Energy Engineers
