A 4-pipe heating and cooling plant contains both central heating and cooling equipment and is capable of delivering heating water and chilled water to the building simultaneously through four pipes (one heating water supply, one heating water return, one chilled water supply, and one chilled water return). Heating and cooling equipment within the building that is connected to a 4-pipe system will have four pipe connections, unless the equipment provides either heating only or cooling only. In this case, the equipment would have only two pipe connections.
Above Figure is a schematic diagram of the piping for a 4-pipe heating and cooling plant that utilizes two condensing hot water boilers and two water-cooled chillers. The pumping arrangement is primary-secondary for both the heating water and chilled water systems. Both the heating and chilled water systems are variable flow systems with variable frequency drives controlling the speed of the (secondary) heating and chilled water system pumps. One of the two pumps shown for the heating and chilled water system pumps and one of the condenser water pumps is a standby pump. A separate condenser water pump and cooling tower is dedicated to each chiller. Automatic shutoff valves are designed for the condenser water supply, return, and equalizer piping connections to isolate the idle cooling tower when only one chiller is operating.
A 2-pipe heating and cooling plant contains both central heating and cooling equipment but is not capable of delivering heating water and chilled water to the building simultaneously. It operates either in the heating mode or cooling mode and delivers either heating water or chilled water through two pipes (one dual-temperature water supply and one dual-temperature water return) to the building. Heating and cooling equipment within the building that is connected to a 2-pipe system will have two pipe connections.
Above Figure is a schematic diagram of the piping for a 2-pipe heating and cooling plant that ut:ili7.es two condensing hot water boilers and one watet' Uma das duas bombas mostradas para as bombas do sistema de água de temperatura dupla e as bombas de água do condensador é uma bomba de reserva. In the cooling mode, the plant operates in a primary~nly pumping arrangement. In this arrangement, the dual-temperature water system has to be a constant-flow system in order to maintain a constant flow of water through the chiller during cooling operation. If a primary pump were designed for the chiller, the dual-temperature water system could be a variable flow system with variable frequency drives controlling the speed of the (secondary) dual-temperature water pumps. As considerações de projeto para instalações de aquecimento e resfriamento de 4 e 2 tubos são as seguintes: It is common to design redundancy for the equipment in heating systems (such as boilers and pumps) because freezing of the building could occur if the heating system is lost. On the other hand, it is not common to design redundancy for the equipment in cooling systems (such as chillers and pumps) because comfort cooling is generally not considered critical. However, cooling systems serving critical functions, such as computer or health care facilities, may requite redundant cooling equipment. Dado que normalmente é necessária alguma redundância nas caldeiras, é comum que cada uma das duas caldeiras num sistema de 4 ou 2 tubos seja dimensionada para dois terços da carga de pico de aquecimento do edifício. Isto proporciona 67% de redundância para manter a temperatura do edifício acima de zero caso uma caldeira falhe. For small systems, it is common to utilize a constant-flow, primary-only pumping system. However, for larger systems (where pumping energy is significant), a primary-secondary pumping system is recommended because the system (or secondary) flow can be varied to reduce the energy use of the secondary pump. In a primary-secondary pumping system, each piece of primary equipment, such as a boiler or chiller, has a dedicated primary pump. Energy savings are also achieved with primary-secondary pumping systems by staging on the primary equipment (and associated pumps) in response to the system load. As figuras acima ilustram um sistema de bombeamento primário-secundário de fluxo constante e um sistema de bombeamento primário-secundário. Observe que um sistema de bombeamento primário-secundário requer um tubo comum que une os circuitos de bombeamento primário e secundário. O tubo comum deve ser dimensionado para o fluxo secundário completo e deve ter no máximo 10 diâmetros de tubo para reduzir qualquer mistura indesejada e manter a perda de pressão através deste tubo a um mínimo absoluto. It is common to provide full redundancy for the system pump (or secondary pump in a primary-secondary pumping system) by designing two pumps, each sized to circulate the full flow. One pump will always be running while the other pump is available on a standby basis should the lead pump fail. A primary-secondary pumping system is almost always used for high-efficiency (condensing) boilers because of their need for constant water flow. Some high-efficiency boilers are equipped with primary pumps installed within the boilers themselves to ensure that the heat exchangers receive the minimum required water flow. As mentioned earlier in this chapter, some condensing boilers no longer require a minimum flow rate for proper operation. As a result, these boilers can be connected to a heating water system that utilizes a variableflow, primary-only pumping arrangement. Uma estratégia de controlo comum para sistemas de aquecimento de água é redefinir a temperatura da água de aquecimento fornecida ao equipamento de aquecimento do edifício com base na temperatura exterior. Esta estratégia permite um melhor controlo da temperatura ambiente e também reduz a perda de calor do sistema de tubagem de água de aquecimento durante o funcionamento em carga parcial. Um cronograma comum de reinicialização da água de aquecimento para caldeiras sem condensação é o seguinte: A temperatura do fornecimento de água de aquecimento varia proporcionalmente entre 180 e 140°F, à medida que a temperatura externa varia entre 0 e 50°F. No entanto, como mencionado anteriormente, as caldeiras sem condensação devem manter uma temperatura mínima de 140°F da água de retorno; assim, não seria possível atingir o calendário de reinicialização listado acima, reiniciando a temperatura de abastecimento de água de aquecimento das caldeiras. Portanto, a adição de uma válvula misturadora de 3 vias para combinar o retorno da água de aquecimento com o fornecimento de água de aquecimento é necessária para redefinir a temperatura do fornecimento de água de aquecimento com base na temperatura externa. Um cronograma comum de reinicialização da água de aquecimento para caldeiras de condensação é o seguinte: A temperatura do fornecimento de água de aquecimento varia proporcionalmente entre 140 e 90°F, à medida que a temperatura externa varia entre 0 e 50°F. A redefinição da temperatura da água de aquecimento é realizada com caldeiras de condensação simplesmente redefinindo a temperatura de abastecimento da água de aquecimento das caldeiras com base na temperatura externa. Conforme mencionado anteriormente, a eficiência das caldeiras de condensação aumenta à medida que a temperatura da água de retorno diminui. É melhor utilizar os mesmos critérios de dimensionamento de tubos para a planta central que são usados para o sistema de distribuição. O conjunto de água de reposição para todos os sistemas fechados consiste em um dispositivo de prevenção de refluxo, uma válvula redutora de pressão e válvulas de corte. The boiler should be installed at the point of lowest pressure developed by the heating water system pump (suction side of the pump) for the reasons discussed earlier. For cooling plants consisting of multiple water-cooled chillers, it is common for each chiller to have a dedicated cooling tower (or cooling tower cell within a multiple-cell cooling tower) and a dedicated condenser water pump. An additional condenser water pump can serve as a standby pump for every two condenser water systems, provided the systems require the same water flow rate and appropriate valves are installed to isolate the pumps. Para instalações de refrigeração central com apenas um chiller e uma torre de refrigeração, é possível que uma terceira bomba funcione como bomba de reserva para os sistemas de água gelada e de água do condensador, desde que a bomba tenha um ponto de operação adequado para ambos os sistemas. One major disadvantage of 2-pipe heating and cooling systems is the time that it takes to accomplish the changeover from heating operation to cooling operation in the spring of each year because chillers generally cannot tolerate an entering water temperature to the evaporator that is greater than 70°F. Therefore, the dualtemperature water loop must cool down from a heating water temperature that is at least 140°F (for noncondensing boilers) to 70°F before dual-temperature water can be circulated through the chiller evaporator and chilled water can be produced. O problema com isto é que quando o edifício necessita de arrefecimento, não há necessidade de calor. Assim, não há como a água quente no sistema de água de dupla temperatura rejeitar o seu calor. O circuito de água de dupla temperatura deve esfriar como resultado das perdas de calor da tubulação de água isolada de dupla temperatura, o que pode levar até 2 ou 3 dias, dependendo do tamanho do sistema. Uma solução para este problema está disponível se os chillers forem resfriados a água. O tempo de troca pode ser bastante reduzido através da incorporação de um sistema de resfriamento de água com dupla temperatura. Este sistema utiliza a torre de resfriamento como fonte de rejeição de calor para o sistema de água de dupla temperatura quando este está no modo de aquecimento. A adição de um trocador de calor de placas e estrutura, válvulas de desvio de 3 vias e controles são necessários para realizar este modo de operação, cujos detalhes estão além do escopo deste livro. [dvfaqtopic title=”FREQUENTLY ASKED QUESTIONS” topicid=”18909″ skin=”custom” searchbox=”no” switcher=”yes” paginate=”” order=”ASC” orderby=”date”]Considerações de design
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