हवा से पानी ताप पंप प्रणाली को डिजाइन करते समय, इंजीनियरों और इंस्टॉलरों को अक्सर तीन घटकों का सामना करना पड़ता है: विस्तार टैंक, बफर टैंक और थर्मल स्टोरेज टैंक।
हालाँकि ये घटक आमतौर पर हाइड्रोनिक हीटिंग और कूलिंग सिस्टम में स्थापित होते हैं, लेकिन उनके कार्य मौलिक रूप से भिन्न होते हैं।
इस श्रृंखला के भाग 1 में, हमने बताया कि कैसे एक विस्तार टैंक पानी के थर्मल विस्तार को समायोजित करता है और स्थिर सिस्टम दबाव बनाए रखने में मदद करता है।
भाग 2 में, हम इस पर ध्यान केंद्रित करेंगेबफर टैंक, हीट पंप प्रतिष्ठानों में सबसे उपयोगी लेकिन अक्सर गलत समझे जाने वाले घटकों में से एक।
ग्राहकों और इंस्टॉलरों का एक सामान्य प्रश्न है:
"क्या हवा से पानी तक ताप पंप के लिए बफर टैंक वास्तव में आवश्यक है?"
उत्तर हाइड्रोलिक डिज़ाइन, न्यूनतम सिस्टम पानी की मात्रा, हीट पंप मॉड्यूलेशन रेंज, नियंत्रण रणनीति और परिचालन स्थितियों पर निर्भर करता है।
कुछ आधुनिक इन्वर्टर हीट पंप बाहरी बफर टैंक के बिना कुशलतापूर्वक काम कर सकते हैं जब सिस्टम में पर्याप्त पानी की मात्रा और स्थिर परिसंचरण होता है।
हालाँकि, कई इंस्टॉलेशन में, विशेष रूप से कई हीटिंग जोन, थर्मोस्टेटिक वाल्व, कम पानी की मात्रा, या डीफ्रॉस्ट स्थितियों की मांग वाले, एक उचित आकार का बफर टैंक सिस्टम की विश्वसनीयता और ऑपरेटिंग स्थिरता में काफी सुधार कर सकता है।
आइए देखें कि यह कैसे काम करता है।
बफर टैंक एक इंसुलेटेड पानी का बर्तन है जो अतिरिक्त पानी की मात्रा और थर्मल बफरिंग प्रदान करने के लिए हाइड्रोनिक हीटिंग या कूलिंग सिस्टम के भीतर स्थापित किया जाता है।
इसका प्राथमिक उद्देश्य तेजी से तापमान में उतार-चढ़ाव को कम करके और जहां आवश्यक हो, ताप पंप और वितरण सर्किट के बीच हाइड्रोलिक पृथक्करण प्रदान करके सिस्टम संचालन को स्थिर करना है।
घरेलू गर्म पानी भंडारण टैंक के विपरीत, हीटिंग बफर टैंक में आम तौर पर वही बंद-लूप हीटिंग पानी होता है जो ताप पंप और हीटिंग सिस्टम के माध्यम से फैलता है।
यह जरूरी नहीं कि इसमें पीने योग्य गर्म पानी जमा हो।
एक बफर टैंक कई महत्वपूर्ण कार्य कर सकता है:
हीटिंग सिस्टम की प्रभावी जल मात्रा बढ़ाएँ।
अत्यधिक कंप्रेसर स्टार्ट-स्टॉप साइक्लिंग को कम करें।
ताप पंप डिफ्रॉस्ट चक्र के दौरान तापीय ऊर्जा प्रदान करें।
स्थिर परिसंचरण और न्यूनतम प्रवाह आवश्यकताओं का समर्थन करें।
सही ढंग से कनेक्ट होने पर हाइड्रोलिक पृथक्करण प्रदान करें।
एकाधिक हीटिंग ज़ोन वाले सिस्टम की नियंत्रणीयता में सुधार करें।
हालाँकि, प्रत्येक बफ़र टैंक ये सभी कार्य समान रूप से नहीं करता है।
इसका वास्तविक प्रदर्शन टैंक की क्षमता, कनेक्शन व्यवस्था, प्रवाह दर, इन्सुलेशन और नियंत्रण रणनीति पर निर्भर करता है।
उचित इंजीनियरिंग डिज़ाइन के लिए यह अंतर आवश्यक है।
बफर टैंक के सबसे महत्वपूर्ण कार्यों में से एक कंप्रेसर शॉर्ट साइक्लिंग को कम करना है।
शॉर्ट साइकलिंग तब होती है जब एक हीट पंप बार-बार चालू होता है और अपेक्षाकृत कम समय तक चलने के बाद बंद हो जाता है।
उदाहरण के लिए, एक छोटे आवासीय हीटिंग सिस्टम में स्थापित ताप पंप की कल्पना करें।
सिस्टम में परिसंचारी जल की मात्रा सीमित है, और इमारत की हीटिंग की मांग अपेक्षाकृत कम है।
जब कंप्रेसर चालू होता है, तो पानी का तापमान तेजी से लक्ष्य निर्धारित बिंदु तक पहुंच जाता है।
फिर ताप पंप बंद हो जाता है।
कुछ ही समय बाद, पानी का तापमान पुनरारंभ सीमा से नीचे गिर जाता है, जिससे कंप्रेसर फिर से चालू हो जाता है।
यह प्रक्रिया पूरे दिन दोहराई जाती है।
बार-बार साइकिल चलाने के कारण हो सकते हैं:
कंप्रेसर और विद्युत घटक घिसाव में वृद्धि।
अतिरिक्त स्टार्टअप-संबंधित विद्युत और यांत्रिक तनाव।
कुछ शर्तों के तहत परिचालन दक्षता में कमी।
अस्थिर आपूर्ति जल तापमान।
कम पूर्वानुमानित इनडोर आराम।
रखरखाव की आवश्यकताओं में वृद्धि.
आधुनिक इन्वर्टर हीट पंप हीटिंग की मांग को पूरा करने के लिए कंप्रेसर की गति को नियंत्रित कर सकते हैं, लेकिन उनके पास अभी भी न्यूनतम हीटिंग क्षमता है।
यदि भवन की हीटिंग मांग उस न्यूनतम क्षमता से कम हो जाती है, तब भी साइकिल चालन हो सकता है।
एक बफर टैंक अतिरिक्त ताप ऊर्जा को अवशोषित करने के लिए उपलब्ध पानी की मात्रा को बढ़ाता है।
पानी में अपेक्षाकृत उच्च विशिष्ट ताप क्षमता होती है, जिसका अर्थ है कि यह तुलनात्मक रूप से छोटे तापमान परिवर्तन के साथ पर्याप्त तापीय ऊर्जा को अवशोषित कर सकता है।
रिश्ता है:
क्यू = एम × सी × ΔT
कहाँ:
क्यू = तापीय ऊर्जा (केजे)
मी = जल द्रव्यमान (किग्रा)
c = पानी की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता, लगभग 4.186 kJ/(kg·K)
ΔT = तापमान अंतर (°C या K)
व्यावहारिक गणना के लिए:
संग्रहित तापीय ऊर्जा (kWh) ≈ पानी की मात्रा (L) × 1.163 × ΔT (°C) / 1,000
उदाहरण के लिए, 5°C के उपयोग योग्य तापमान अंतर पर संचालित होने वाले 200-लीटर बफर टैंक पर विचार करें।
संग्रहित तापीय ऊर्जा:
200 × 1.163 × 5 / 1,000 =1.16 किलोवाट
यह अतिरिक्त तापीय क्षमता पानी के तापमान परिवर्तन की दर को धीमा कर देती है।
परिणामस्वरूप, ताप पंप अपने शटडाउन तापमान तक पहुंचने से पहले लंबे समय तक काम कर सकता है।
सटीक सुधार ताप पंप के न्यूनतम उत्पादन और भवन की वास्तविक ताप मांग पर निर्भर करता है।
एक ताप पंप पर विचार करें जिसमें:
न्यूनतम ताप उत्पादन: 5 किलोवाट
वर्तमान भवन तापन मांग: 2 किलोवाट
अतिरिक्त ताप उत्पादन: 3 किलोवाट
प्रयोग करने योग्य पानी के तापमान का अंतर: 5°C
पर्याप्त सिस्टम पानी की मात्रा के बिना, अतिरिक्त 3 किलोवाट तेजी से पानी का तापमान बढ़ाता है।
यदि सिस्टम में केवल 50 लीटर प्रभावी रूप से सक्रिय पानी है, तो 5°C तापमान वृद्धि से जुड़ी सैद्धांतिक ताप अवधि लगभग है:
50 × 1.163 × 5 / (1,000 × 3) × 60
=5.8 मिनट
यदि प्रभावी रूप से सक्रिय पानी की मात्रा 200 लीटर तक बढ़ जाती है:
200 × 1.163 × 5 / (1,000 × 3) × 60
=23.3 मिनट
यह सरलीकृत उदाहरण दर्शाता है कि क्यों अतिरिक्त पानी की मात्रा साइकिल चालन की आवृत्ति को कम कर सकती है।
वास्तविक रनटाइम तापमान सेंसर, नियंत्रण हिस्टैरिसीस, पानी मिश्रण, पंप संचालन और बदलते हीटिंग लोड पर निर्भर करेगा।
आवश्यक रूप से नहीं।
उचित रूप से डिज़ाइन किया गया बफर टैंक अकुशल साइकिल चालन को कम कर सकता है और परिचालन स्थिरता में सुधार कर सकता है।
हालाँकि, एक बड़े आकार या खराब इंसुलेटेड टैंक से अतिरिक्त अतिरिक्त गर्मी का नुकसान हो सकता है।
चार-पाइप कॉन्फ़िगरेशन भी अवांछित पानी मिश्रण का कारण बन सकता है, जिससे संभावित रूप से ताप पंप के आवश्यक आपूर्ति तापमान में वृद्धि हो सकती है।
इसलिए, उद्देश्य सबसे बड़ा संभव बफर टैंक स्थापित करना नहीं होना चाहिए।
सही उद्देश्य अनावश्यक थर्मल नुकसान के बिना पर्याप्त पानी की मात्रा और हाइड्रोलिक स्थिरता प्रदान करना है।
ठंडी और आर्द्र जलवायु में चलने वाले वायु-स्रोत ताप पंपों के लिए डीफ़्रॉस्ट ऑपरेशन विशेष रूप से महत्वपूर्ण है।
हीटिंग ऑपरेशन के दौरान, आउटडोर हीट एक्सचेंजर आसपास की हवा से ऊर्जा को अवशोषित करता है।
बाहरी हवा का तापमान शून्य से ऊपर होने पर भी इसकी सतह का तापमान 0°C से नीचे गिर सकता है।
जब पर्याप्त नमी मौजूद होती है, तो बाहरी हीट एक्सचेंजर पर पाला जमा हो जाता है।
पाला हवा के प्रवाह को प्रतिबंधित करता है और गर्मी हस्तांतरण को कम करता है।
प्रदर्शन को बहाल करने के लिए, ताप पंप समय-समय पर डीफ़्रॉस्ट चक्र शुरू करता है।
कई प्रतिवर्ती हवा से पानी ताप पंप रिवर्स-साइकिल डीफ्रॉस्टिंग का उपयोग करते हैं।
इस प्रक्रिया के दौरान, रेफ्रिजरेशन सर्किट अस्थायी रूप से उलट जाता है, जिससे संचित ठंढ को पिघलाने के लिए बाहरी कॉइल की ओर गर्मी निर्देशित होती है।
डीफ़्रॉस्टिंग के लिए आवश्यक ऊर्जा आंशिक रूप से जल सर्किट से ली जाती है और, उपकरण डिज़ाइन के आधार पर, सहायक हीटिंग द्वारा पूरक की जा सकती है।
यदि जल सर्किट में अपर्याप्त तापीय ऊर्जा है, तो डीफ़्रॉस्टिंग के दौरान पानी का तापमान तेजी से गिर सकता है।
संभावित परिणामों में शामिल हैं:
लंबे समय तक या बाधित डीफ़्रॉस्ट चक्र।
पानी के तापमान में अत्यधिक कमी.
इनडोर हीटिंग आउटपुट में अस्थायी कटौती।
कम पानी-तापमान सुरक्षा अलार्म।
बैकअप इलेक्ट्रिक हीटरों पर निर्भरता बढ़ी।
गंभीर मामलों में, अपर्याप्त पानी की मात्रा या प्रवाह इकाई को अपने डीफ़्रॉस्ट अनुक्रम को विश्वसनीय रूप से पूरा करने से रोक सकता है।
एक बफर टैंक तापीय ऊर्जा का अतिरिक्त भंडार प्रदान करता है।
डीफ़्रॉस्टिंग के दौरान, यह संग्रहीत ऊर्जा पानी के पर्याप्त तापमान को बनाए रखने में मदद कर सकती है जबकि ताप पंप बाहरी कॉइल से ठंढ को हटा देता है।
उदाहरण के लिए, 35°C से 30°C तक ठंडा होने वाला 150-लीटर पानी लगभग उत्सर्जित करता है:
150 × 1.163 × 5 / 1,000
=0.87 किलोवाट
यह संग्रहीत ऊर्जा डीफ़्रॉस्ट प्रक्रिया का समर्थन करने में मदद कर सकती है।
हालाँकि, आवश्यक मात्रा निर्माता की डीफ़्रॉस्ट ऊर्जा आवश्यकताओं, न्यूनतम पानी के तापमान और सिस्टम डिज़ाइन पर निर्भर करती है।
एक बफ़र टैंक स्वचालित रूप से तेज़ डीफ़्रॉस्टिंग की गारंटी नहीं देता है।
यह थर्मल समर्थन प्रदान करता है जो सही आकार और हाइड्रॉलिक रूप से कनेक्ट होने पर स्थिर संचालन बनाए रखने में मदद कर सकता है।
ठंड के निकट आर्द्र स्थितियों के दौरान डीफ्रॉस्ट की आवश्यकताएं विशेष रूप से महत्वपूर्ण हो सकती हैं।
उदाहरण के लिए, -3°C से +5°C के आसपास का बाहरी तापमान, नमी, वायु प्रवाह और हीट एक्सचेंजर तापमान के आधार पर पाला बनने के लिए अनुकूल परिस्थितियाँ बना सकता है।
इन स्थितियों में, अपर्याप्त सिस्टम पानी की मात्रा से इनडोर तापमान में उल्लेखनीय उतार-चढ़ाव हो सकता है।
एक सही ढंग से डिज़ाइन किया गया बफर टैंक इन उतार-चढ़ाव को कम करने में मदद कर सकता है और अधिक सुसंगत हीटिंग प्रदर्शन का समर्थन कर सकता है।
इंजीनियरिंग अनुशंसा:बफर टैंक आवश्यक है या नहीं, यह तय करने से पहले हमेशा हीट पंप निर्माता की न्यूनतम सिस्टम पानी की मात्रा और डीफ़्रॉस्ट आवश्यकताओं को सत्यापित करें।
ताप पंप को ताप या शीतलन ऊर्जा को सुरक्षित और कुशलता से स्थानांतरित करने के लिए पर्याप्त जल प्रवाह दर की आवश्यकता होती है।
अपर्याप्त जल प्रवाह निम्न को ट्रिगर कर सकता है:
हीटिंग के दौरान उच्च दबाव से सुरक्षा।
शीतलन के दौरान कम तापमान या फ़्रीज़-सुरक्षा अलार्म।
अत्यधिक हीट एक्सचेंजर तापमान अंतर।
प्रवाह स्विच अलार्म.
अस्थिर कंप्रेसर संचालन।
कई कमरों वाले आवासीय अंडरफ्लोर हीटिंग सिस्टम पर विचार करें।
प्रत्येक कमरे में एक थर्मोस्टेट होता है जो उसके हीटिंग सर्किट को नियंत्रित करता है।
जब कमरे का तापमान अपने निर्धारित बिंदु पर पहुंच जाता है, तो थर्मोस्टेटिक एक्चुएटर बंद होने लगते हैं।
जैसे-जैसे अधिक सर्किट बंद होते हैं, हीटिंग वितरण प्रणाली के माध्यम से उपलब्ध प्रवाह पथ छोटा होता जाता है।
यदि हीट पंप सीधे इन सर्किटों से जुड़ा है, तो इसके हीट एक्सचेंजर के माध्यम से प्रवाह दर निर्माता की न्यूनतम आवश्यकता से कम हो सकती है।
यह विशेष रूप से समस्याग्रस्त है जब ताप पंप को अपेक्षाकृत उच्च न्यूनतम प्रवाह दर की आवश्यकता होती है।
एक बफर टैंक को हाइड्रोलिक विभाजक के रूप में कॉन्फ़िगर किया जा सकता है।
एक सामान्य चार-पाइप व्यवस्था में, सिस्टम में दो अलग-अलग परिसंचरण सर्किट होते हैं।
प्राथमिक सर्किट:
हीट पंप → बफर टैंक → हीट पंप
द्वितीयक सर्किट:
बफर टैंक → ताप वितरण प्रणाली → बफर टैंक
प्राथमिक परिसंचरण पंप ताप पंप के माध्यम से आवश्यक जल प्रवाह को बनाए रखता है।
सेकेंडरी सर्कुलेशन पंप मांग के अनुसार अंडरफ्लोर हीटिंग या रेडिएटर सर्किट की आपूर्ति करता है।
जब ताप क्षेत्र बंद हो जाते हैं, तो ताप पंप के माध्यम से प्राथमिक प्रवाह को कम किए बिना द्वितीयक प्रवाह कम हो सकता है।
यह विश्वसनीय ताप पंप संचालन को बनाए रखने में मदद करता है।
सभी बफ़र टैंक संस्थापन हाइड्रोलिक पृथक्करण प्रदान नहीं करते हैं।
| विन्यास | मुख्य समारोह | हाइड्रोलिक पृथक्करण |
|---|---|---|
| दो-पाइप श्रृंखला बफर | सिस्टम में पानी की मात्रा बढ़ जाती है | नहीं |
| दो-पाइप वॉल्यूमाइज़र व्यवस्था | तापीय द्रव्यमान जोड़ता है | आम तौर पर नहीं |
| चार-पाइप बफर टैंक | वॉल्यूम जोड़ता है और सर्किट को अलग करता है | हाँ, जब सही ढंग से डिज़ाइन किया गया हो |
| समर्पित हाइड्रोलिक विभाजक | प्राथमिक और द्वितीयक प्रवाह को अलग करता है | हाँ |
जब अतिरिक्त पानी की मात्रा की आवश्यकता होती है, लेकिन सिस्टम में पहले से ही स्थिर परिसंचरण होता है, तो दो-पाइप श्रृंखला बफर एक कुशल समाधान हो सकता है।
चार-पाइप बफ़र अक्सर कई परिसंचरण पंपों या स्वतंत्र रूप से नियंत्रित हीटिंग ज़ोन वाले सिस्टम के लिए उपयुक्त होता है।
हालाँकि, चार-पाइप कॉन्फ़िगरेशन आपूर्ति और वापसी पानी के बीच मिश्रण का कारण बन सकता है।
यदि प्राथमिक और द्वितीयक प्रवाह दरें खराब रूप से मेल खाती हैं, तो हीटिंग सर्किट को आपूर्ति किया गया तापमान हीट पंप आउटलेट तापमान से भिन्न हो सकता है।
इसलिए, हाइड्रोलिक पृथक्करण को सावधानीपूर्वक डिजाइन किया जाना चाहिए।
महत्वपूर्ण:एक बफ़र टैंक स्वचालित रूप से एक वायु विभाजक नहीं है। विश्वसनीय वायु निष्कासन के लिए उपयुक्त वायु वेंट, वायु विभाजक, पाइपिंग व्यवस्था और कमीशनिंग प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है।
बफर टैंकों से जुड़ा एक अन्य लाभ कभी-कभी एक स्थान प्रदान करने की उनकी क्षमता है जहां निलंबित कण बस सकते हैं।
हालाँकि, इस फ़ंक्शन को सही ढंग से समझा जाना चाहिए।
हाइड्रोनिक सिस्टम में निम्नलिखित जैसे प्रदूषक हो सकते हैं:
स्थापना का मलबा.
धातु के कण.
संक्षारण उत्पाद।
लौह घटकों से मैग्नेटाइट।
पाइप काटने के अवशेष।
खनिज भंडार.
लंबे समय तक संचालन के दौरान कीचड़ का निर्माण हुआ।
ये संदूषक परिसंचरण पंपों, वाल्वों, फिल्टरों और हीट एक्सचेंजर्स में जमा हो सकते हैं।
हीट पंपों के लिए, संदूषण विशेष रूप से चिंताजनक है क्योंकि प्लेट हीट एक्सचेंजर्स में अक्सर अपेक्षाकृत संकीर्ण प्रवाह मार्ग होते हैं।
कुछ विन्यासों में, कम आंतरिक जल वेग वाला एक बफर टैंक और एक उपयुक्त नाली व्यवस्था भारी कणों को व्यवस्थित होने की अनुमति दे सकती है।
हालाँकि, एक मानक बफर टैंक एक समर्पित गंदगी विभाजक या चुंबकीय फिल्टर का विकल्प नहीं है।
प्रदूषकों को हटाने में इसकी प्रभावशीलता आंतरिक प्रवाह पैटर्न, टैंक ज्यामिति, कण विशेषताओं और रखरखाव प्रक्रियाओं पर निर्भर करती है।
विश्वसनीय सिस्टम सुरक्षा के लिए, इंस्टॉलरों को इस पर विचार करना चाहिए:
वाई-स्ट्रेनर जहां निर्दिष्ट हो।
लौह संदूषण के लिए चुंबकीय गंदगी विभाजक।
चालू करने से पहले उचित सिस्टम फ्लशिंग।
स्थानीय जल गुणवत्ता के अनुरूप जल उपचार।
नियमित निरीक्षण एवं सफाई।
बफर टैंक को जल प्रदूषण के सार्वभौमिक समाधान के बजाय संपूर्ण हाइड्रोलिक प्रणाली का एक घटक माना जाना चाहिए।
सबसे आम इंजीनियरिंग प्रश्नों में से एक है:
"हीट पंप बफ़र टैंक में कितने लीटर होना चाहिए?"
कोई सार्वभौमिक उत्तर नहीं है.
सही क्षमता कई चर पर निर्भर करती है:
ताप पंप की न्यूनतम ताप क्षमता।
न्यूनतम स्वीकार्य कंप्रेसर परिचालन समय।
संचालन के दौरान न्यूनतम भवन तापन भार।
प्रयोग करने योग्य तापमान अंतर।
मौजूदा सक्रिय प्रणाली जल की मात्रा.
निर्माता की न्यूनतम जल मात्रा आवश्यकताएँ।
डीफ्रॉस्ट ऊर्जा आवश्यकताएँ।
हाइड्रोलिक कनेक्शन व्यवस्था.
सरलीकृत शॉर्ट-साइक्लिंग गणना के लिए:
वी = (पीमिन - लोड) × टी × 860 / ΔT
कहाँ:
वी = आवश्यक प्रभावी जल मात्रा (लीटर)
पीमिन = न्यूनतम ताप पंप हीटिंग आउटपुट (किलोवाट)
लोड = परिचालन स्थिति के दौरान बिल्डिंग हीटिंग की मांग (किलोवाट)
टी = वांछित न्यूनतम कंप्रेसर रनटाइम (घंटे)
ΔT = प्रयोग करने योग्य पानी का तापमान अंतर (डिग्री सेल्सियस)
यह सूत्र पानी को परिसंचारी तरल पदार्थ के रूप में मानता है और अतिरिक्त तापीय प्रभावों की उपेक्षा करता है।
मान लीजिए कि एक इन्वर्टर एयर-टू-वॉटर हीट पंप में निम्नलिखित परिचालन स्थितियाँ हैं:
| पैरामीटर | कीमत |
|---|---|
| नाममात्र ताप क्षमता | 12 किलोवाट |
| न्यूनतम हीटिंग आउटपुट | 4 किलोवाट |
| वर्तमान भवन भार | 1.5 किलोवाट |
| अतिरिक्त हीटिंग आउटपुट | 2.5 किलोवाट |
| वांछित न्यूनतम रनटाइम | 15 मिनटों |
| प्रयोग करने योग्य तापमान अंतर | 5°से |
गणना:
वी = 2.5 × 0.25 × 860/5
वी ≈ 108 लीटर
इसलिए इस सरलीकृत परिचालन स्थिति के लिए सिस्टम को लगभग 108 लीटर प्रभावी रूप से सक्रिय पानी की मात्रा की आवश्यकता होती है।
यदि मौजूदा सिस्टम पहले से ही 50 लीटर विश्वसनीय रूप से प्रसारित होने वाला पानी उपलब्ध कराता है:
अतिरिक्त आवश्यक मात्रा ≈ 108 − 50
=58 लीटर
निर्माता की आवश्यकताओं और वास्तविक हाइड्रोलिक डिजाइन की जांच के बाद एक उपयुक्त व्यावसायिक रूप से उपलब्ध बफर टैंक का चयन किया जा सकता है।
यह उदाहरण सार्वभौमिक आकार की अनुशंसा के बजाय उदाहरणात्मक है।
एक बड़े बफ़र टैंक में वृद्धि हो सकती है:
प्रारंभिक उपकरण लागत.
स्थापना स्थान आवश्यकताएँ.
अतिरिक्त ताप हानि.
कुछ विन्यासों में ऊर्जा पंप करना।
सिस्टम वार्म-अप समय.
जटिलता पर नियंत्रण रखें.
जरूरी नहीं कि आदर्श टैंक सबसे बड़ा टैंक हो।
यह वह टैंक है जो उचित लागत और ऊर्जा खपत के साथ सिस्टम की न्यूनतम पानी की मात्रा, परिचालन स्थिरता और हाइड्रोलिक आवश्यकताओं को पूरा करता है।
बफ़र टैंक की स्थापना उसके इच्छित उद्देश्य पर निर्भर करती है।
हाइड्रोलिक पृथक्करण के बिना अतिरिक्त पानी की मात्रा की आवश्यकता वाले सिस्टम के लिए, रिटर्न लाइन पर एक श्रृंखला बफर टैंक स्थापित किया जा सकता है।
विशिष्ट व्यवस्था:
हीटिंग सर्किट → बफर टैंक → हीट पंप → हीटिंग सर्किट
संभावित लाभों में शामिल हैं:
पानी की मात्रा में वृद्धि.
अपेक्षाकृत सरल हाइड्रोलिक डिजाइन।
कुछ चार-पाइप व्यवस्थाओं की तुलना में आपूर्ति-तापमान कमजोर पड़ने का जोखिम कम हो गया है।
एकल-पंप प्रणाली के साथ संगतता जहां पर्याप्त प्रवाह बनाए रखा जाता है।
हालाँकि, एक श्रृंखला बफ़र टैंक अकेले सभी हीटिंग ज़ोन के बंद होने के कारण होने वाली समस्याओं का समाधान नहीं करता है।
सिस्टम को अभी भी निर्माता के आवश्यक न्यूनतम प्रवाह को बनाए रखना होगा।
चार-पाइप बफर टैंक का उपयोग अक्सर तब किया जाता है जब प्राथमिक और माध्यमिक सर्किट को स्वतंत्र परिसंचरण की आवश्यकता होती है।
विशिष्ट व्यवस्था:
प्राथमिक सर्किट:हीट पंप ↔ बफर टैंक
द्वितीयक सर्किट:बफर टैंक ↔ ताप वितरण
यह कॉन्फ़िगरेशन इसके लिए उपयोगी हो सकता है:
मल्टी-जोन अंडरफ्लोर हीटिंग।
रेडिएटर और अंडरफ्लोर हीटिंग को संयोजित करने वाली प्रणालियाँ।
कई परिसंचरण पंपों के साथ संस्थापन।
हाइड्रोलिक पृथक्करण की आवश्यकता वाले सिस्टम।
हालाँकि, अतिरिक्त मिश्रण हानियों और नियंत्रण इंटरैक्शन पर विचार किया जाना चाहिए।
प्रत्येक ताप पंप प्रणाली के लिए उपयुक्त कोई एकल स्थापना स्थिति नहीं है।
सही व्यवस्था इस पर निर्भर करती है:
निर्माता की हाइड्रोलिक योजना.
डीफ्रॉस्ट ऊर्जा आवश्यकताएँ।
सेंसर स्थान.
पंप विन्यास.
हीटिंग और कूलिंग ऑपरेटिंग मोड।
आवश्यक हाइड्रोलिक पृथक्करण।
हमेशा उपकरण निर्माता के अनुमोदित इंस्टॉलेशन आरेखों को प्राथमिकता दें।
यहां तक कि सही आकार का बफर टैंक भी गलत तरीके से स्थापित होने पर खराब प्रदर्शन कर सकता है।
एक सामान्य शॉर्टकट नाममात्र ताप क्षमता के प्रति किलोवाट पर एक निश्चित संख्या में लीटर का चयन करना है।
हालाँकि ऐसे नियम प्रारंभिक अनुमान प्रदान कर सकते हैं, लेकिन वे इन्वर्टर मॉड्यूलेशन, मौजूदा पानी की मात्रा, या न्यूनतम रनटाइम आवश्यकताओं को ध्यान में नहीं रखते हैं।
बेहतर दृष्टिकोण:निर्माता विनिर्देशों और वास्तविक परिचालन स्थितियों का उपयोग करें।
श्रृंखला में स्थापित दो-पाइप बफर टैंक पानी की मात्रा बढ़ाता है लेकिन प्राथमिक और माध्यमिक प्रवाह दरों को स्वतंत्र रूप से नियंत्रित नहीं करता है।
बेहतर दृष्टिकोण:वास्तविक परिसंचरण आवश्यकताओं के अनुसार हाइड्रोलिक कॉन्फ़िगरेशन का चयन करें।
खराब इन्सुलेशन हीटिंग ऑपरेशन के दौरान अतिरिक्त गर्मी के नुकसान को बढ़ा सकता है और शीतलन ऑपरेशन के दौरान अवांछित गर्मी बढ़ने या संक्षेपण का कारण बन सकता है।
बेहतर दृष्टिकोण:हीटिंग और शीतलन दोनों स्थितियों के लिए उपयुक्त इन्सुलेशन का चयन करें, जिसमें जहां आवश्यक हो वहां उचित वाष्प सीलिंग भी शामिल है।
यदि तापमान सेंसर इच्छित नियंत्रित पानी के तापमान का प्रतिनिधित्व नहीं करता है, तो ताप पंप अनुचित समय पर शुरू या बंद हो सकता है।
बेहतर दृष्टिकोण:निर्माता के सेंसर प्लेसमेंट और नियंत्रण निर्देशों का पालन करें।
एक बड़ा टैंक हमेशा अधिक कुशल नहीं होता है।
इससे गर्मी का नुकसान बढ़ सकता है और सिस्टम की प्रतिक्रियाशीलता कम हो सकती है।
बेहतर दृष्टिकोण:पानी की मात्रा, न्यूनतम रनटाइम, नियंत्रण हिस्टैरिसीस और सिस्टम हीट लॉस को संतुलित करें।
वायु संचय और कीचड़ संदूषण परिसंचरण प्रदर्शन को कम कर सकते हैं और उपकरण में खराबी का कारण बन सकते हैं।
बेहतर दृष्टिकोण:उचित वायु पृथक्करण, गंदगी निस्पंदन, सिस्टम फ्लशिंग और रखरखाव पहुंच प्रदान करें।
ये तीन घटक अक्सर भ्रमित होते हैं क्योंकि ये सभी जल-आधारित हीटिंग सिस्टम से जुड़े होते हैं।
हालाँकि, वे विभिन्न इंजीनियरिंग उद्देश्यों की पूर्ति करते हैं।
| विशेषता | विस्तार टैंक | बफर टैंक | थर्मल स्टोरेज टैंक |
|---|---|---|---|
| बेसिक कार्यक्रम | जल विस्तार को समायोजित करता है | संचालन को स्थिर करता है और पानी की मात्रा बढ़ाता है | तापीय ऊर्जा का भंडारण करता है |
| मुख्य समस्या का समाधान | दबाव में उतार-चढ़ाव | लघु साइकिल चलाना और हाइड्रोलिक अस्थिरता | ऊर्जा उत्पादन और मांग के बीच समय का बेमेल होना |
| विशिष्ट क्षमता | विस्तार की मात्रा के आधार पर | न्यूनतम सिस्टम वॉल्यूम और हाइड्रोलिक आवश्यकताओं के आधार पर | भंडारण अवधि और ऊर्जा मांग के आधार पर |
| डीफ्रॉस्ट का समर्थन करता है | थर्मल रिजर्व के रूप में नहीं | हाँ, जब उचित रूप से कॉन्फ़िगर किया गया हो | संभावित रूप से, डिज़ाइन पर निर्भर करता है |
| हाइड्रोलिक पृथक्करण | नहीं | संभव | संभव |
| विशिष्ट अनुप्रयोग | बंद हाइड्रोनिक सिस्टम | हीट पंप हीटिंग और कूलिंग सर्किट | लोड शिफ्टिंग, नवीकरणीय ऊर्जा एकीकरण, थर्मल भंडारण |
विस्तार टैंक तापमान भिन्नता के कारण पानी की मात्रा में परिवर्तन को समायोजित करता है।
इसकी प्राथमिक भूमिका दबाव नियंत्रण है.
यह कंप्रेसर साइक्लिंग के लिए सार्थक थर्मल स्टोरेज प्रदान नहीं करता है।
बफ़र टैंक पानी की मात्रा जोड़ता है और, उपयुक्त कॉन्फ़िगरेशन में, हाइड्रोलिक पृथक्करण प्रदान करता है।
इसकी प्राथमिक भूमिका स्थिर सिस्टम संचालन है।
एक थर्मल स्टोरेज टैंक को बाद में उपयोग के लिए पर्याप्त थर्मल ऊर्जा संग्रहीत करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
उदाहरण के लिए, कम बिजली की कीमतों या उच्च सौर बिजली उत्पादन की अवधि के दौरान एक बड़े इंसुलेटेड टैंक को चार्ज किया जा सकता है।
संग्रहित ऊष्मा का उपयोग तब किया जा सकता है जब बिजली की कीमतें अधिक हों या जब ताप पंप काम नहीं कर रहा हो।
यद्यपि पर्याप्त रूप से बड़ा बफर टैंक भी थर्मल भंडारण प्रदान कर सकता है, आकार के उद्देश्य और संचालन रणनीतियाँ अलग-अलग हैं।
यह अंतर इंजीनियरिंग फ़ंक्शन पर आधारित है, न कि केवल टैंक पर छपे नाम पर।
आवश्यक रूप से नहीं।
एक बफ़र टैंक अनावश्यक हो सकता है जब:
हीट पंप में पर्याप्त मॉड्यूलेशन क्षमता है।
मौजूदा पानी की मात्रा निर्माता की आवश्यकताओं को पूरा करती है।
सभी परिचालन स्थितियों के तहत न्यूनतम प्रवाह दर बनाए रखी जाती है।
तापन क्षेत्र अस्थिर परिसंचरण पैदा नहीं करते हैं।
अतिरिक्त थर्मल स्टोरेज के बिना डीफ़्रॉस्ट आवश्यकताओं को पूरा किया जा सकता है।
निर्माता स्पष्ट रूप से सीधे कनेक्शन की अनुमति देता है।
एक बफ़र टैंक तब अधिक मूल्यवान हो जाता है जब:
हीटिंग सिस्टम में सक्रिय जल की मात्रा सीमित है।
बार-बार कंप्रेसर साइकिलिंग होती है।
एकाधिक ताप क्षेत्र स्वतंत्र रूप से खुलते और बंद होते हैं।
प्राथमिक और माध्यमिक सर्किट को हाइड्रोलिक पृथक्करण की आवश्यकता होती है।
डीफ़्रॉस्ट के दौरान ताप पंप को अतिरिक्त तापीय ऊर्जा की आवश्यकता होती है।
मौजूदा प्रणाली न्यूनतम जल प्रवाह को विश्वसनीय रूप से बनाए नहीं रख सकती है।
इंजीनियरिंग निर्णय इस धारणा के बजाय वास्तविक सिस्टम आवश्यकताओं पर आधारित होना चाहिए कि प्रत्येक इंस्टॉलेशन को समान कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग करना चाहिए।
एचवीएसी इंजीनियरों, हीट पंप वितरकों और इंस्टॉलरों के लिए, हम निम्नलिखित दृष्टिकोण की अनुशंसा करते हैं।
सबसे पहले, ताप पंप की तकनीकी आवश्यकताओं की पुष्टि करें।
न्यूनतम पानी की मात्रा, न्यूनतम प्रवाह दर, कंप्रेसर मॉड्यूलेशन रेंज, डीफ़्रॉस्ट आवश्यकताओं और अनुशंसित हाइड्रोलिक आरेखों की समीक्षा करें।
दूसरा, भवन के ताप
हवा से पानी ताप पंप प्रणाली को डिजाइन करते समय, इंजीनियरों और इंस्टॉलरों को अक्सर तीन घटकों का सामना करना पड़ता है: विस्तार टैंक, बफर टैंक और थर्मल स्टोरेज टैंक।
हालाँकि ये घटक आमतौर पर हाइड्रोनिक हीटिंग और कूलिंग सिस्टम में स्थापित होते हैं, लेकिन उनके कार्य मौलिक रूप से भिन्न होते हैं।
इस श्रृंखला के भाग 1 में, हमने बताया कि कैसे एक विस्तार टैंक पानी के थर्मल विस्तार को समायोजित करता है और स्थिर सिस्टम दबाव बनाए रखने में मदद करता है।
भाग 2 में, हम इस पर ध्यान केंद्रित करेंगेबफर टैंक, हीट पंप प्रतिष्ठानों में सबसे उपयोगी लेकिन अक्सर गलत समझे जाने वाले घटकों में से एक।
ग्राहकों और इंस्टॉलरों का एक सामान्य प्रश्न है:
"क्या हवा से पानी तक ताप पंप के लिए बफर टैंक वास्तव में आवश्यक है?"
उत्तर हाइड्रोलिक डिज़ाइन, न्यूनतम सिस्टम पानी की मात्रा, हीट पंप मॉड्यूलेशन रेंज, नियंत्रण रणनीति और परिचालन स्थितियों पर निर्भर करता है।
कुछ आधुनिक इन्वर्टर हीट पंप बाहरी बफर टैंक के बिना कुशलतापूर्वक काम कर सकते हैं जब सिस्टम में पर्याप्त पानी की मात्रा और स्थिर परिसंचरण होता है।
हालाँकि, कई इंस्टॉलेशन में, विशेष रूप से कई हीटिंग जोन, थर्मोस्टेटिक वाल्व, कम पानी की मात्रा, या डीफ्रॉस्ट स्थितियों की मांग वाले, एक उचित आकार का बफर टैंक सिस्टम की विश्वसनीयता और ऑपरेटिंग स्थिरता में काफी सुधार कर सकता है।
आइए देखें कि यह कैसे काम करता है।
बफर टैंक एक इंसुलेटेड पानी का बर्तन है जो अतिरिक्त पानी की मात्रा और थर्मल बफरिंग प्रदान करने के लिए हाइड्रोनिक हीटिंग या कूलिंग सिस्टम के भीतर स्थापित किया जाता है।
इसका प्राथमिक उद्देश्य तेजी से तापमान में उतार-चढ़ाव को कम करके और जहां आवश्यक हो, ताप पंप और वितरण सर्किट के बीच हाइड्रोलिक पृथक्करण प्रदान करके सिस्टम संचालन को स्थिर करना है।
घरेलू गर्म पानी भंडारण टैंक के विपरीत, हीटिंग बफर टैंक में आम तौर पर वही बंद-लूप हीटिंग पानी होता है जो ताप पंप और हीटिंग सिस्टम के माध्यम से फैलता है।
यह जरूरी नहीं कि इसमें पीने योग्य गर्म पानी जमा हो।
एक बफर टैंक कई महत्वपूर्ण कार्य कर सकता है:
हीटिंग सिस्टम की प्रभावी जल मात्रा बढ़ाएँ।
अत्यधिक कंप्रेसर स्टार्ट-स्टॉप साइक्लिंग को कम करें।
ताप पंप डिफ्रॉस्ट चक्र के दौरान तापीय ऊर्जा प्रदान करें।
स्थिर परिसंचरण और न्यूनतम प्रवाह आवश्यकताओं का समर्थन करें।
सही ढंग से कनेक्ट होने पर हाइड्रोलिक पृथक्करण प्रदान करें।
एकाधिक हीटिंग ज़ोन वाले सिस्टम की नियंत्रणीयता में सुधार करें।
हालाँकि, प्रत्येक बफ़र टैंक ये सभी कार्य समान रूप से नहीं करता है।
इसका वास्तविक प्रदर्शन टैंक की क्षमता, कनेक्शन व्यवस्था, प्रवाह दर, इन्सुलेशन और नियंत्रण रणनीति पर निर्भर करता है।
उचित इंजीनियरिंग डिज़ाइन के लिए यह अंतर आवश्यक है।
बफर टैंक के सबसे महत्वपूर्ण कार्यों में से एक कंप्रेसर शॉर्ट साइक्लिंग को कम करना है।
शॉर्ट साइकलिंग तब होती है जब एक हीट पंप बार-बार चालू होता है और अपेक्षाकृत कम समय तक चलने के बाद बंद हो जाता है।
उदाहरण के लिए, एक छोटे आवासीय हीटिंग सिस्टम में स्थापित ताप पंप की कल्पना करें।
सिस्टम में परिसंचारी जल की मात्रा सीमित है, और इमारत की हीटिंग की मांग अपेक्षाकृत कम है।
जब कंप्रेसर चालू होता है, तो पानी का तापमान तेजी से लक्ष्य निर्धारित बिंदु तक पहुंच जाता है।
फिर ताप पंप बंद हो जाता है।
कुछ ही समय बाद, पानी का तापमान पुनरारंभ सीमा से नीचे गिर जाता है, जिससे कंप्रेसर फिर से चालू हो जाता है।
यह प्रक्रिया पूरे दिन दोहराई जाती है।
बार-बार साइकिल चलाने के कारण हो सकते हैं:
कंप्रेसर और विद्युत घटक घिसाव में वृद्धि।
अतिरिक्त स्टार्टअप-संबंधित विद्युत और यांत्रिक तनाव।
कुछ शर्तों के तहत परिचालन दक्षता में कमी।
अस्थिर आपूर्ति जल तापमान।
कम पूर्वानुमानित इनडोर आराम।
रखरखाव की आवश्यकताओं में वृद्धि.
आधुनिक इन्वर्टर हीट पंप हीटिंग की मांग को पूरा करने के लिए कंप्रेसर की गति को नियंत्रित कर सकते हैं, लेकिन उनके पास अभी भी न्यूनतम हीटिंग क्षमता है।
यदि भवन की हीटिंग मांग उस न्यूनतम क्षमता से कम हो जाती है, तब भी साइकिल चालन हो सकता है।
एक बफर टैंक अतिरिक्त ताप ऊर्जा को अवशोषित करने के लिए उपलब्ध पानी की मात्रा को बढ़ाता है।
पानी में अपेक्षाकृत उच्च विशिष्ट ताप क्षमता होती है, जिसका अर्थ है कि यह तुलनात्मक रूप से छोटे तापमान परिवर्तन के साथ पर्याप्त तापीय ऊर्जा को अवशोषित कर सकता है।
रिश्ता है:
क्यू = एम × सी × ΔT
कहाँ:
क्यू = तापीय ऊर्जा (केजे)
मी = जल द्रव्यमान (किग्रा)
c = पानी की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता, लगभग 4.186 kJ/(kg·K)
ΔT = तापमान अंतर (°C या K)
व्यावहारिक गणना के लिए:
संग्रहित तापीय ऊर्जा (kWh) ≈ पानी की मात्रा (L) × 1.163 × ΔT (°C) / 1,000
उदाहरण के लिए, 5°C के उपयोग योग्य तापमान अंतर पर संचालित होने वाले 200-लीटर बफर टैंक पर विचार करें।
संग्रहित तापीय ऊर्जा:
200 × 1.163 × 5 / 1,000 =1.16 किलोवाट
यह अतिरिक्त तापीय क्षमता पानी के तापमान परिवर्तन की दर को धीमा कर देती है।
परिणामस्वरूप, ताप पंप अपने शटडाउन तापमान तक पहुंचने से पहले लंबे समय तक काम कर सकता है।
सटीक सुधार ताप पंप के न्यूनतम उत्पादन और भवन की वास्तविक ताप मांग पर निर्भर करता है।
एक ताप पंप पर विचार करें जिसमें:
न्यूनतम ताप उत्पादन: 5 किलोवाट
वर्तमान भवन तापन मांग: 2 किलोवाट
अतिरिक्त ताप उत्पादन: 3 किलोवाट
प्रयोग करने योग्य पानी के तापमान का अंतर: 5°C
पर्याप्त सिस्टम पानी की मात्रा के बिना, अतिरिक्त 3 किलोवाट तेजी से पानी का तापमान बढ़ाता है।
यदि सिस्टम में केवल 50 लीटर प्रभावी रूप से सक्रिय पानी है, तो 5°C तापमान वृद्धि से जुड़ी सैद्धांतिक ताप अवधि लगभग है:
50 × 1.163 × 5 / (1,000 × 3) × 60
=5.8 मिनट
यदि प्रभावी रूप से सक्रिय पानी की मात्रा 200 लीटर तक बढ़ जाती है:
200 × 1.163 × 5 / (1,000 × 3) × 60
=23.3 मिनट
यह सरलीकृत उदाहरण दर्शाता है कि क्यों अतिरिक्त पानी की मात्रा साइकिल चालन की आवृत्ति को कम कर सकती है।
वास्तविक रनटाइम तापमान सेंसर, नियंत्रण हिस्टैरिसीस, पानी मिश्रण, पंप संचालन और बदलते हीटिंग लोड पर निर्भर करेगा।
आवश्यक रूप से नहीं।
उचित रूप से डिज़ाइन किया गया बफर टैंक अकुशल साइकिल चालन को कम कर सकता है और परिचालन स्थिरता में सुधार कर सकता है।
हालाँकि, एक बड़े आकार या खराब इंसुलेटेड टैंक से अतिरिक्त अतिरिक्त गर्मी का नुकसान हो सकता है।
चार-पाइप कॉन्फ़िगरेशन भी अवांछित पानी मिश्रण का कारण बन सकता है, जिससे संभावित रूप से ताप पंप के आवश्यक आपूर्ति तापमान में वृद्धि हो सकती है।
इसलिए, उद्देश्य सबसे बड़ा संभव बफर टैंक स्थापित करना नहीं होना चाहिए।
सही उद्देश्य अनावश्यक थर्मल नुकसान के बिना पर्याप्त पानी की मात्रा और हाइड्रोलिक स्थिरता प्रदान करना है।
ठंडी और आर्द्र जलवायु में चलने वाले वायु-स्रोत ताप पंपों के लिए डीफ़्रॉस्ट ऑपरेशन विशेष रूप से महत्वपूर्ण है।
हीटिंग ऑपरेशन के दौरान, आउटडोर हीट एक्सचेंजर आसपास की हवा से ऊर्जा को अवशोषित करता है।
बाहरी हवा का तापमान शून्य से ऊपर होने पर भी इसकी सतह का तापमान 0°C से नीचे गिर सकता है।
जब पर्याप्त नमी मौजूद होती है, तो बाहरी हीट एक्सचेंजर पर पाला जमा हो जाता है।
पाला हवा के प्रवाह को प्रतिबंधित करता है और गर्मी हस्तांतरण को कम करता है।
प्रदर्शन को बहाल करने के लिए, ताप पंप समय-समय पर डीफ़्रॉस्ट चक्र शुरू करता है।
कई प्रतिवर्ती हवा से पानी ताप पंप रिवर्स-साइकिल डीफ्रॉस्टिंग का उपयोग करते हैं।
इस प्रक्रिया के दौरान, रेफ्रिजरेशन सर्किट अस्थायी रूप से उलट जाता है, जिससे संचित ठंढ को पिघलाने के लिए बाहरी कॉइल की ओर गर्मी निर्देशित होती है।
डीफ़्रॉस्टिंग के लिए आवश्यक ऊर्जा आंशिक रूप से जल सर्किट से ली जाती है और, उपकरण डिज़ाइन के आधार पर, सहायक हीटिंग द्वारा पूरक की जा सकती है।
यदि जल सर्किट में अपर्याप्त तापीय ऊर्जा है, तो डीफ़्रॉस्टिंग के दौरान पानी का तापमान तेजी से गिर सकता है।
संभावित परिणामों में शामिल हैं:
लंबे समय तक या बाधित डीफ़्रॉस्ट चक्र।
पानी के तापमान में अत्यधिक कमी.
इनडोर हीटिंग आउटपुट में अस्थायी कटौती।
कम पानी-तापमान सुरक्षा अलार्म।
बैकअप इलेक्ट्रिक हीटरों पर निर्भरता बढ़ी।
गंभीर मामलों में, अपर्याप्त पानी की मात्रा या प्रवाह इकाई को अपने डीफ़्रॉस्ट अनुक्रम को विश्वसनीय रूप से पूरा करने से रोक सकता है।
एक बफर टैंक तापीय ऊर्जा का अतिरिक्त भंडार प्रदान करता है।
डीफ़्रॉस्टिंग के दौरान, यह संग्रहीत ऊर्जा पानी के पर्याप्त तापमान को बनाए रखने में मदद कर सकती है जबकि ताप पंप बाहरी कॉइल से ठंढ को हटा देता है।
उदाहरण के लिए, 35°C से 30°C तक ठंडा होने वाला 150-लीटर पानी लगभग उत्सर्जित करता है:
150 × 1.163 × 5 / 1,000
=0.87 किलोवाट
यह संग्रहीत ऊर्जा डीफ़्रॉस्ट प्रक्रिया का समर्थन करने में मदद कर सकती है।
हालाँकि, आवश्यक मात्रा निर्माता की डीफ़्रॉस्ट ऊर्जा आवश्यकताओं, न्यूनतम पानी के तापमान और सिस्टम डिज़ाइन पर निर्भर करती है।
एक बफ़र टैंक स्वचालित रूप से तेज़ डीफ़्रॉस्टिंग की गारंटी नहीं देता है।
यह थर्मल समर्थन प्रदान करता है जो सही आकार और हाइड्रॉलिक रूप से कनेक्ट होने पर स्थिर संचालन बनाए रखने में मदद कर सकता है।
ठंड के निकट आर्द्र स्थितियों के दौरान डीफ्रॉस्ट की आवश्यकताएं विशेष रूप से महत्वपूर्ण हो सकती हैं।
उदाहरण के लिए, -3°C से +5°C के आसपास का बाहरी तापमान, नमी, वायु प्रवाह और हीट एक्सचेंजर तापमान के आधार पर पाला बनने के लिए अनुकूल परिस्थितियाँ बना सकता है।
इन स्थितियों में, अपर्याप्त सिस्टम पानी की मात्रा से इनडोर तापमान में उल्लेखनीय उतार-चढ़ाव हो सकता है।
एक सही ढंग से डिज़ाइन किया गया बफर टैंक इन उतार-चढ़ाव को कम करने में मदद कर सकता है और अधिक सुसंगत हीटिंग प्रदर्शन का समर्थन कर सकता है।
इंजीनियरिंग अनुशंसा:बफर टैंक आवश्यक है या नहीं, यह तय करने से पहले हमेशा हीट पंप निर्माता की न्यूनतम सिस्टम पानी की मात्रा और डीफ़्रॉस्ट आवश्यकताओं को सत्यापित करें।
ताप पंप को ताप या शीतलन ऊर्जा को सुरक्षित और कुशलता से स्थानांतरित करने के लिए पर्याप्त जल प्रवाह दर की आवश्यकता होती है।
अपर्याप्त जल प्रवाह निम्न को ट्रिगर कर सकता है:
हीटिंग के दौरान उच्च दबाव से सुरक्षा।
शीतलन के दौरान कम तापमान या फ़्रीज़-सुरक्षा अलार्म।
अत्यधिक हीट एक्सचेंजर तापमान अंतर।
प्रवाह स्विच अलार्म.
अस्थिर कंप्रेसर संचालन।
कई कमरों वाले आवासीय अंडरफ्लोर हीटिंग सिस्टम पर विचार करें।
प्रत्येक कमरे में एक थर्मोस्टेट होता है जो उसके हीटिंग सर्किट को नियंत्रित करता है।
जब कमरे का तापमान अपने निर्धारित बिंदु पर पहुंच जाता है, तो थर्मोस्टेटिक एक्चुएटर बंद होने लगते हैं।
जैसे-जैसे अधिक सर्किट बंद होते हैं, हीटिंग वितरण प्रणाली के माध्यम से उपलब्ध प्रवाह पथ छोटा होता जाता है।
यदि हीट पंप सीधे इन सर्किटों से जुड़ा है, तो इसके हीट एक्सचेंजर के माध्यम से प्रवाह दर निर्माता की न्यूनतम आवश्यकता से कम हो सकती है।
यह विशेष रूप से समस्याग्रस्त है जब ताप पंप को अपेक्षाकृत उच्च न्यूनतम प्रवाह दर की आवश्यकता होती है।
एक बफर टैंक को हाइड्रोलिक विभाजक के रूप में कॉन्फ़िगर किया जा सकता है।
एक सामान्य चार-पाइप व्यवस्था में, सिस्टम में दो अलग-अलग परिसंचरण सर्किट होते हैं।
प्राथमिक सर्किट:
हीट पंप → बफर टैंक → हीट पंप
द्वितीयक सर्किट:
बफर टैंक → ताप वितरण प्रणाली → बफर टैंक
प्राथमिक परिसंचरण पंप ताप पंप के माध्यम से आवश्यक जल प्रवाह को बनाए रखता है।
सेकेंडरी सर्कुलेशन पंप मांग के अनुसार अंडरफ्लोर हीटिंग या रेडिएटर सर्किट की आपूर्ति करता है।
जब ताप क्षेत्र बंद हो जाते हैं, तो ताप पंप के माध्यम से प्राथमिक प्रवाह को कम किए बिना द्वितीयक प्रवाह कम हो सकता है।
यह विश्वसनीय ताप पंप संचालन को बनाए रखने में मदद करता है।
सभी बफ़र टैंक संस्थापन हाइड्रोलिक पृथक्करण प्रदान नहीं करते हैं।
| विन्यास | मुख्य समारोह | हाइड्रोलिक पृथक्करण |
|---|---|---|
| दो-पाइप श्रृंखला बफर | सिस्टम में पानी की मात्रा बढ़ जाती है | नहीं |
| दो-पाइप वॉल्यूमाइज़र व्यवस्था | तापीय द्रव्यमान जोड़ता है | आम तौर पर नहीं |
| चार-पाइप बफर टैंक | वॉल्यूम जोड़ता है और सर्किट को अलग करता है | हाँ, जब सही ढंग से डिज़ाइन किया गया हो |
| समर्पित हाइड्रोलिक विभाजक | प्राथमिक और द्वितीयक प्रवाह को अलग करता है | हाँ |
जब अतिरिक्त पानी की मात्रा की आवश्यकता होती है, लेकिन सिस्टम में पहले से ही स्थिर परिसंचरण होता है, तो दो-पाइप श्रृंखला बफर एक कुशल समाधान हो सकता है।
चार-पाइप बफ़र अक्सर कई परिसंचरण पंपों या स्वतंत्र रूप से नियंत्रित हीटिंग ज़ोन वाले सिस्टम के लिए उपयुक्त होता है।
हालाँकि, चार-पाइप कॉन्फ़िगरेशन आपूर्ति और वापसी पानी के बीच मिश्रण का कारण बन सकता है।
यदि प्राथमिक और द्वितीयक प्रवाह दरें खराब रूप से मेल खाती हैं, तो हीटिंग सर्किट को आपूर्ति किया गया तापमान हीट पंप आउटलेट तापमान से भिन्न हो सकता है।
इसलिए, हाइड्रोलिक पृथक्करण को सावधानीपूर्वक डिजाइन किया जाना चाहिए।
महत्वपूर्ण:एक बफ़र टैंक स्वचालित रूप से एक वायु विभाजक नहीं है। विश्वसनीय वायु निष्कासन के लिए उपयुक्त वायु वेंट, वायु विभाजक, पाइपिंग व्यवस्था और कमीशनिंग प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है।
बफर टैंकों से जुड़ा एक अन्य लाभ कभी-कभी एक स्थान प्रदान करने की उनकी क्षमता है जहां निलंबित कण बस सकते हैं।
हालाँकि, इस फ़ंक्शन को सही ढंग से समझा जाना चाहिए।
हाइड्रोनिक सिस्टम में निम्नलिखित जैसे प्रदूषक हो सकते हैं:
स्थापना का मलबा.
धातु के कण.
संक्षारण उत्पाद।
लौह घटकों से मैग्नेटाइट।
पाइप काटने के अवशेष।
खनिज भंडार.
लंबे समय तक संचालन के दौरान कीचड़ का निर्माण हुआ।
ये संदूषक परिसंचरण पंपों, वाल्वों, फिल्टरों और हीट एक्सचेंजर्स में जमा हो सकते हैं।
हीट पंपों के लिए, संदूषण विशेष रूप से चिंताजनक है क्योंकि प्लेट हीट एक्सचेंजर्स में अक्सर अपेक्षाकृत संकीर्ण प्रवाह मार्ग होते हैं।
कुछ विन्यासों में, कम आंतरिक जल वेग वाला एक बफर टैंक और एक उपयुक्त नाली व्यवस्था भारी कणों को व्यवस्थित होने की अनुमति दे सकती है।
हालाँकि, एक मानक बफर टैंक एक समर्पित गंदगी विभाजक या चुंबकीय फिल्टर का विकल्प नहीं है।
प्रदूषकों को हटाने में इसकी प्रभावशीलता आंतरिक प्रवाह पैटर्न, टैंक ज्यामिति, कण विशेषताओं और रखरखाव प्रक्रियाओं पर निर्भर करती है।
विश्वसनीय सिस्टम सुरक्षा के लिए, इंस्टॉलरों को इस पर विचार करना चाहिए:
वाई-स्ट्रेनर जहां निर्दिष्ट हो।
लौह संदूषण के लिए चुंबकीय गंदगी विभाजक।
चालू करने से पहले उचित सिस्टम फ्लशिंग।
स्थानीय जल गुणवत्ता के अनुरूप जल उपचार।
नियमित निरीक्षण एवं सफाई।
बफर टैंक को जल प्रदूषण के सार्वभौमिक समाधान के बजाय संपूर्ण हाइड्रोलिक प्रणाली का एक घटक माना जाना चाहिए।
सबसे आम इंजीनियरिंग प्रश्नों में से एक है:
"हीट पंप बफ़र टैंक में कितने लीटर होना चाहिए?"
कोई सार्वभौमिक उत्तर नहीं है.
सही क्षमता कई चर पर निर्भर करती है:
ताप पंप की न्यूनतम ताप क्षमता।
न्यूनतम स्वीकार्य कंप्रेसर परिचालन समय।
संचालन के दौरान न्यूनतम भवन तापन भार।
प्रयोग करने योग्य तापमान अंतर।
मौजूदा सक्रिय प्रणाली जल की मात्रा.
निर्माता की न्यूनतम जल मात्रा आवश्यकताएँ।
डीफ्रॉस्ट ऊर्जा आवश्यकताएँ।
हाइड्रोलिक कनेक्शन व्यवस्था.
सरलीकृत शॉर्ट-साइक्लिंग गणना के लिए:
वी = (पीमिन - लोड) × टी × 860 / ΔT
कहाँ:
वी = आवश्यक प्रभावी जल मात्रा (लीटर)
पीमिन = न्यूनतम ताप पंप हीटिंग आउटपुट (किलोवाट)
लोड = परिचालन स्थिति के दौरान बिल्डिंग हीटिंग की मांग (किलोवाट)
टी = वांछित न्यूनतम कंप्रेसर रनटाइम (घंटे)
ΔT = प्रयोग करने योग्य पानी का तापमान अंतर (डिग्री सेल्सियस)
यह सूत्र पानी को परिसंचारी तरल पदार्थ के रूप में मानता है और अतिरिक्त तापीय प्रभावों की उपेक्षा करता है।
मान लीजिए कि एक इन्वर्टर एयर-टू-वॉटर हीट पंप में निम्नलिखित परिचालन स्थितियाँ हैं:
| पैरामीटर | कीमत |
|---|---|
| नाममात्र ताप क्षमता | 12 किलोवाट |
| न्यूनतम हीटिंग आउटपुट | 4 किलोवाट |
| वर्तमान भवन भार | 1.5 किलोवाट |
| अतिरिक्त हीटिंग आउटपुट | 2.5 किलोवाट |
| वांछित न्यूनतम रनटाइम | 15 मिनटों |
| प्रयोग करने योग्य तापमान अंतर | 5°से |
गणना:
वी = 2.5 × 0.25 × 860/5
वी ≈ 108 लीटर
इसलिए इस सरलीकृत परिचालन स्थिति के लिए सिस्टम को लगभग 108 लीटर प्रभावी रूप से सक्रिय पानी की मात्रा की आवश्यकता होती है।
यदि मौजूदा सिस्टम पहले से ही 50 लीटर विश्वसनीय रूप से प्रसारित होने वाला पानी उपलब्ध कराता है:
अतिरिक्त आवश्यक मात्रा ≈ 108 − 50
=58 लीटर
निर्माता की आवश्यकताओं और वास्तविक हाइड्रोलिक डिजाइन की जांच के बाद एक उपयुक्त व्यावसायिक रूप से उपलब्ध बफर टैंक का चयन किया जा सकता है।
यह उदाहरण सार्वभौमिक आकार की अनुशंसा के बजाय उदाहरणात्मक है।
एक बड़े बफ़र टैंक में वृद्धि हो सकती है:
प्रारंभिक उपकरण लागत.
स्थापना स्थान आवश्यकताएँ.
अतिरिक्त ताप हानि.
कुछ विन्यासों में ऊर्जा पंप करना।
सिस्टम वार्म-अप समय.
जटिलता पर नियंत्रण रखें.
जरूरी नहीं कि आदर्श टैंक सबसे बड़ा टैंक हो।
यह वह टैंक है जो उचित लागत और ऊर्जा खपत के साथ सिस्टम की न्यूनतम पानी की मात्रा, परिचालन स्थिरता और हाइड्रोलिक आवश्यकताओं को पूरा करता है।
बफ़र टैंक की स्थापना उसके इच्छित उद्देश्य पर निर्भर करती है।
हाइड्रोलिक पृथक्करण के बिना अतिरिक्त पानी की मात्रा की आवश्यकता वाले सिस्टम के लिए, रिटर्न लाइन पर एक श्रृंखला बफर टैंक स्थापित किया जा सकता है।
विशिष्ट व्यवस्था:
हीटिंग सर्किट → बफर टैंक → हीट पंप → हीटिंग सर्किट
संभावित लाभों में शामिल हैं:
पानी की मात्रा में वृद्धि.
अपेक्षाकृत सरल हाइड्रोलिक डिजाइन।
कुछ चार-पाइप व्यवस्थाओं की तुलना में आपूर्ति-तापमान कमजोर पड़ने का जोखिम कम हो गया है।
एकल-पंप प्रणाली के साथ संगतता जहां पर्याप्त प्रवाह बनाए रखा जाता है।
हालाँकि, एक श्रृंखला बफ़र टैंक अकेले सभी हीटिंग ज़ोन के बंद होने के कारण होने वाली समस्याओं का समाधान नहीं करता है।
सिस्टम को अभी भी निर्माता के आवश्यक न्यूनतम प्रवाह को बनाए रखना होगा।
चार-पाइप बफर टैंक का उपयोग अक्सर तब किया जाता है जब प्राथमिक और माध्यमिक सर्किट को स्वतंत्र परिसंचरण की आवश्यकता होती है।
विशिष्ट व्यवस्था:
प्राथमिक सर्किट:हीट पंप ↔ बफर टैंक
द्वितीयक सर्किट:बफर टैंक ↔ ताप वितरण
यह कॉन्फ़िगरेशन इसके लिए उपयोगी हो सकता है:
मल्टी-जोन अंडरफ्लोर हीटिंग।
रेडिएटर और अंडरफ्लोर हीटिंग को संयोजित करने वाली प्रणालियाँ।
कई परिसंचरण पंपों के साथ संस्थापन।
हाइड्रोलिक पृथक्करण की आवश्यकता वाले सिस्टम।
हालाँकि, अतिरिक्त मिश्रण हानियों और नियंत्रण इंटरैक्शन पर विचार किया जाना चाहिए।
प्रत्येक ताप पंप प्रणाली के लिए उपयुक्त कोई एकल स्थापना स्थिति नहीं है।
सही व्यवस्था इस पर निर्भर करती है:
निर्माता की हाइड्रोलिक योजना.
डीफ्रॉस्ट ऊर्जा आवश्यकताएँ।
सेंसर स्थान.
पंप विन्यास.
हीटिंग और कूलिंग ऑपरेटिंग मोड।
आवश्यक हाइड्रोलिक पृथक्करण।
हमेशा उपकरण निर्माता के अनुमोदित इंस्टॉलेशन आरेखों को प्राथमिकता दें।
यहां तक कि सही आकार का बफर टैंक भी गलत तरीके से स्थापित होने पर खराब प्रदर्शन कर सकता है।
एक सामान्य शॉर्टकट नाममात्र ताप क्षमता के प्रति किलोवाट पर एक निश्चित संख्या में लीटर का चयन करना है।
हालाँकि ऐसे नियम प्रारंभिक अनुमान प्रदान कर सकते हैं, लेकिन वे इन्वर्टर मॉड्यूलेशन, मौजूदा पानी की मात्रा, या न्यूनतम रनटाइम आवश्यकताओं को ध्यान में नहीं रखते हैं।
बेहतर दृष्टिकोण:निर्माता विनिर्देशों और वास्तविक परिचालन स्थितियों का उपयोग करें।
श्रृंखला में स्थापित दो-पाइप बफर टैंक पानी की मात्रा बढ़ाता है लेकिन प्राथमिक और माध्यमिक प्रवाह दरों को स्वतंत्र रूप से नियंत्रित नहीं करता है।
बेहतर दृष्टिकोण:वास्तविक परिसंचरण आवश्यकताओं के अनुसार हाइड्रोलिक कॉन्फ़िगरेशन का चयन करें।
खराब इन्सुलेशन हीटिंग ऑपरेशन के दौरान अतिरिक्त गर्मी के नुकसान को बढ़ा सकता है और शीतलन ऑपरेशन के दौरान अवांछित गर्मी बढ़ने या संक्षेपण का कारण बन सकता है।
बेहतर दृष्टिकोण:हीटिंग और शीतलन दोनों स्थितियों के लिए उपयुक्त इन्सुलेशन का चयन करें, जिसमें जहां आवश्यक हो वहां उचित वाष्प सीलिंग भी शामिल है।
यदि तापमान सेंसर इच्छित नियंत्रित पानी के तापमान का प्रतिनिधित्व नहीं करता है, तो ताप पंप अनुचित समय पर शुरू या बंद हो सकता है।
बेहतर दृष्टिकोण:निर्माता के सेंसर प्लेसमेंट और नियंत्रण निर्देशों का पालन करें।
एक बड़ा टैंक हमेशा अधिक कुशल नहीं होता है।
इससे गर्मी का नुकसान बढ़ सकता है और सिस्टम की प्रतिक्रियाशीलता कम हो सकती है।
बेहतर दृष्टिकोण:पानी की मात्रा, न्यूनतम रनटाइम, नियंत्रण हिस्टैरिसीस और सिस्टम हीट लॉस को संतुलित करें।
वायु संचय और कीचड़ संदूषण परिसंचरण प्रदर्शन को कम कर सकते हैं और उपकरण में खराबी का कारण बन सकते हैं।
बेहतर दृष्टिकोण:उचित वायु पृथक्करण, गंदगी निस्पंदन, सिस्टम फ्लशिंग और रखरखाव पहुंच प्रदान करें।
ये तीन घटक अक्सर भ्रमित होते हैं क्योंकि ये सभी जल-आधारित हीटिंग सिस्टम से जुड़े होते हैं।
हालाँकि, वे विभिन्न इंजीनियरिंग उद्देश्यों की पूर्ति करते हैं।
| विशेषता | विस्तार टैंक | बफर टैंक | थर्मल स्टोरेज टैंक |
|---|---|---|---|
| बेसिक कार्यक्रम | जल विस्तार को समायोजित करता है | संचालन को स्थिर करता है और पानी की मात्रा बढ़ाता है | तापीय ऊर्जा का भंडारण करता है |
| मुख्य समस्या का समाधान | दबाव में उतार-चढ़ाव | लघु साइकिल चलाना और हाइड्रोलिक अस्थिरता | ऊर्जा उत्पादन और मांग के बीच समय का बेमेल होना |
| विशिष्ट क्षमता | विस्तार की मात्रा के आधार पर | न्यूनतम सिस्टम वॉल्यूम और हाइड्रोलिक आवश्यकताओं के आधार पर | भंडारण अवधि और ऊर्जा मांग के आधार पर |
| डीफ्रॉस्ट का समर्थन करता है | थर्मल रिजर्व के रूप में नहीं | हाँ, जब उचित रूप से कॉन्फ़िगर किया गया हो | संभावित रूप से, डिज़ाइन पर निर्भर करता है |
| हाइड्रोलिक पृथक्करण | नहीं | संभव | संभव |
| विशिष्ट अनुप्रयोग | बंद हाइड्रोनिक सिस्टम | हीट पंप हीटिंग और कूलिंग सर्किट | लोड शिफ्टिंग, नवीकरणीय ऊर्जा एकीकरण, थर्मल भंडारण |
विस्तार टैंक तापमान भिन्नता के कारण पानी की मात्रा में परिवर्तन को समायोजित करता है।
इसकी प्राथमिक भूमिका दबाव नियंत्रण है.
यह कंप्रेसर साइक्लिंग के लिए सार्थक थर्मल स्टोरेज प्रदान नहीं करता है।
बफ़र टैंक पानी की मात्रा जोड़ता है और, उपयुक्त कॉन्फ़िगरेशन में, हाइड्रोलिक पृथक्करण प्रदान करता है।
इसकी प्राथमिक भूमिका स्थिर सिस्टम संचालन है।
एक थर्मल स्टोरेज टैंक को बाद में उपयोग के लिए पर्याप्त थर्मल ऊर्जा संग्रहीत करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
उदाहरण के लिए, कम बिजली की कीमतों या उच्च सौर बिजली उत्पादन की अवधि के दौरान एक बड़े इंसुलेटेड टैंक को चार्ज किया जा सकता है।
संग्रहित ऊष्मा का उपयोग तब किया जा सकता है जब बिजली की कीमतें अधिक हों या जब ताप पंप काम नहीं कर रहा हो।
यद्यपि पर्याप्त रूप से बड़ा बफर टैंक भी थर्मल भंडारण प्रदान कर सकता है, आकार के उद्देश्य और संचालन रणनीतियाँ अलग-अलग हैं।
यह अंतर इंजीनियरिंग फ़ंक्शन पर आधारित है, न कि केवल टैंक पर छपे नाम पर।
आवश्यक रूप से नहीं।
एक बफ़र टैंक अनावश्यक हो सकता है जब:
हीट पंप में पर्याप्त मॉड्यूलेशन क्षमता है।
मौजूदा पानी की मात्रा निर्माता की आवश्यकताओं को पूरा करती है।
सभी परिचालन स्थितियों के तहत न्यूनतम प्रवाह दर बनाए रखी जाती है।
तापन क्षेत्र अस्थिर परिसंचरण पैदा नहीं करते हैं।
अतिरिक्त थर्मल स्टोरेज के बिना डीफ़्रॉस्ट आवश्यकताओं को पूरा किया जा सकता है।
निर्माता स्पष्ट रूप से सीधे कनेक्शन की अनुमति देता है।
एक बफ़र टैंक तब अधिक मूल्यवान हो जाता है जब:
हीटिंग सिस्टम में सक्रिय जल की मात्रा सीमित है।
बार-बार कंप्रेसर साइकिलिंग होती है।
एकाधिक ताप क्षेत्र स्वतंत्र रूप से खुलते और बंद होते हैं।
प्राथमिक और माध्यमिक सर्किट को हाइड्रोलिक पृथक्करण की आवश्यकता होती है।
डीफ़्रॉस्ट के दौरान ताप पंप को अतिरिक्त तापीय ऊर्जा की आवश्यकता होती है।
मौजूदा प्रणाली न्यूनतम जल प्रवाह को विश्वसनीय रूप से बनाए नहीं रख सकती है।
इंजीनियरिंग निर्णय इस धारणा के बजाय वास्तविक सिस्टम आवश्यकताओं पर आधारित होना चाहिए कि प्रत्येक इंस्टॉलेशन को समान कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग करना चाहिए।
एचवीएसी इंजीनियरों, हीट पंप वितरकों और इंस्टॉलरों के लिए, हम निम्नलिखित दृष्टिकोण की अनुशंसा करते हैं।
सबसे पहले, ताप पंप की तकनीकी आवश्यकताओं की पुष्टि करें।
न्यूनतम पानी की मात्रा, न्यूनतम प्रवाह दर, कंप्रेसर मॉड्यूलेशन रेंज, डीफ़्रॉस्ट आवश्यकताओं और अनुशंसित हाइड्रोलिक आरेखों की समीक्षा करें।
दूसरा, भवन के ताप
पता
नहीं.34, साउथ रोड, योंगफेंग इंडस्ट्रियल पार्क, शुंदे जिला, फोशन 528000, गुआंग्डोंग प्रांत, पी.आर. चीन
टेलीफोन
86-757-22860323
