Pompy ciepła Samsung TDM Plus

W tym artykule Alejandra Tortosa, Inżynier Przedsprzedaży w SEACE, przedstawiła główne założenia projektowe i logistykę eksploatacji, które zostały uwzględnione przy tworzeniu pomp ciepła ClimateHub TDM Plus firmy Samsung. W artykule zilustrowano sposób, w jaki TDM Plus odpowiada na różne potrzeby – o różnych porach dnia i w różnych porach roku – i może z łatwością stać się idealnym produktem dla tych, którzy poszukują kompletnego rozwiązania dla domowego klimatu. Wyrafinowane i przemyślane działanie ClimateHub TDM Plus świadczy o innowacyjności i doskonałości, ponieważ firma Samsung stara się zaspokajać zmieniające się potrzeby zarówno konsumentów, jak i instalatorów.

Rozwiązanie typu „wszystko w jednym” dla domów

TDM Plus to system typu „wszystko w jednym” zapewniający kompletne rozwiązanie dla klimatu domowego. Umożliwia inteligentne działanie naprzemienne pomiędzy trybem powietrze-woda i powietrze-powietrze (Air-to-Air) w trybach chłodzenia i ogrzewania, przynosząc znaczne oszczędności i zapewniając łatwość instalacji, o czym mowa w niniejszym artykule. Ta elastyczność pozwala na dostosowanie pompy ciepła do konkretnych wymagań dotyczących komfortu przez cały rok. W przypadku ogrzewania i chłodzenia w trybie powietrze-powietrze, do jednej jednostki zewnętrznej można podłączyć do siedmiu jednostek wewnętrznych – kanałowych, konsolowych i naściennych WindFree™. System chłodzenia i ogrzewania pomieszczeń powietrze-woda wytwarza ciepłą wodę użytkową oraz wodę do ogrzewania domu za pomocą klimakonwektorów, grzejników i ogrzewania podłogowego, osiągając temperaturę wody wychodzącej do 55 stopni Celsjusza. TDM ClimateHub integruje moduł hydrauliczny i zbiornik ciepłej wody użytkowej, który dostępny jest w dwóch pojemnościach: 200 i 260 litrów. Wszystkie te operacje są możliwe dzięki zainstalowaniu tylko jednej jednostki zewnętrznej o mocy nominalnej od 4,4 do 16 kW

Sterowanie WŁ./WYŁ. różnych trybów

Dla każdego z dwóch trybów działania, powietrze-woda i powietrze-powietrze, zmienne termiczne skutkujące włączaniem i wyłączaniem są różne:

Temperatura wody wychodzącej, mierzona przez płytowy wymiennik ciepła, jest wykorzystywana do sterowania pracą systemu chłodzenia i ogrzewania pomieszczeń w trybie powietrze-woda.
W przypadku ciepłej wody użytkowej, czynnikiem termicznym włączającym/wyłączającym jest temperatura zbiornika wody podawana przez czujnik temperatury wbudowany w zbiornik. Można ustawić różnicę temperatur między temperaturą docelową a temperaturą załączenia termicznego, która domyślnie wynosi pięć stopni Celsjusza.
Temperatura w pomieszczeniu, mierzona termostatem pokojowym, określa zapotrzebowanie na chłodzenie i ogrzewanie pomieszczeń w trybie powietrze-powietrze, a także może posłużyć do sterowania ogrzewaniem i chłodzeniem pomieszczeń w trybie powietrze-woda. Czytaj dalej, aby poznać sposób działania.

Ponieważ jednoczesne działanie trybów nie jest możliwe, maksymalny współczynnik kombinacji systemu wynosi 200%. Współczynnik kombinacji 100% dotyczy modułu hydraulicznego oraz współczynnik kombinacji 100% dotyczy jednostek wewnętrznych typu powietrze-powietrze. Na przykład jednostka zewnętrzna o mocy 9 kW może pracować w trybach powietrze-powietrze i powietrze-woda o mocy 9 kW.

Praca przy jednoczesnym zapotrzebowaniu na działanie w trybie powietrze-woda

W jaki sposób można w razie potrzeby jednocześnie wykorzystywać ciepłą wodę użytkową i działanie w trybie powietrze-woda? W tym celu konieczne jest ustawienie czasu pracy na zmianę trybów. Na poniższym wykresie dwie górne linie poziome reprezentują zapotrzebowanie na ogrzewanie lub chłodzenie pomieszczeń oraz ciepłą wodę użytkową, a dwie dolne linie poziome reprezentują tryb działania. W przedziale czasowym 1 występuje zapotrzebowanie na ogrzewanie lub chłodzenie pomieszczeń. System działa normalnie, aby pokryć to zapotrzebowanie. W pewnym momencie w ciągu dnia (przedział czasowy 2), w zależności od zapotrzebowania użytkownika, temperatura w zbiorniku wody spadnie poniżej temperatury załączenia termicznego, co wygeneruje żądanie podgrzewu ciepłej wody użytkowej. Gdy występuje jednoczesne zapotrzebowanie na oba tryby, domyślnie priorytetem jest ciepła woda użytkowa, ponieważ zwykły schemat zapotrzebowania na ciepłą wodę użytkową, ze szczytami w godzinach porannych i wieczornych, koncentruje zapotrzebowanie na działanie kilka razy dziennie. System będzie pokrywał zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową w maksymalnym ustawionym czasie, przełączając w razie potrzeby tryby z powrotem na ogrzewanie lub chłodzenie pomieszczeń. Ogrzewanie lub chłodzenie pomieszczenia będzie działać przez minimalny czas pięciu minut (ustawienie #3024), aby chronić system, oraz przez maksymalny czas, gdy nadal występuje zapotrzebowanie (przedział czasowy 3). Jeśli temperatura w zbiorniku ciepłej wody użytkowej jest wciąż niższa od temperatury docelowej (przedział czasowy 4), rozpocznie się drugi cykl dogrzewania, aby pokryć zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową.

Istnieje szereg opcji i wartości domyślnych dla ustawień pól, które można modyfikować zgodnie ze specyfikacją projektu:

Maksymalny czas działania ciepłej wody użytkowej (#3025) wynosi domyślnie 30 minut. Jest to w przybliżeniu czas trwania każdego cyklu dogrzewania, uwzględniając temperaturę załączenia termicznego wynoszącą 40 stopni Celsjusza i temperaturę docelową wynoszącą 53 stopnie Celsjusza.
Czas pracy ogrzewania lub chłodzenia pomieszczenia ciepłą wodą użytkową (#3026) jest domyślnie ustawiony na trzy godziny. Powinno to zapewnić wystarczającą ilość czasu przeznaczonego na ogrzanie lub schłodzenie pomieszczenia do osiągnięcia temperatury pokojowej bez zakłóceń.

Praca grzałki wspomagającej

Grzałka wspomagająca o mocy 3 kW jest wbudowana w zbiornik wody ClimateHub. Może on być eksploatowany w celu wspomagania produkcji ciepłej wody użytkowej, zwiększenia wydajności i skrócenia czasu pracy w porównaniu z sytuacją, gdy grzałka wspomagająca nie pracuje. Ostatni etap działania ciepłej wody użytkowej realizowany przez wężownicę wodną jest bardzo nieefektywny i zajmuje dużo czasu. W miarę zmniejszania się różnicy temperatur pomiędzy wodą w zbiorniku a wężownicą, stopniowo zmniejsza się również efektywność wymiany ciepła. Opcjonalnie system można ustawić tak, aby ostatni etap pracy z ciepłą wodą użytkową kończył się przy wsparciu grzałki wspomagającej, dzięki czemu można uniknąć drugiego cyklu pracy z ciepłą wodą użytkową realizowanego przez pompę ciepła. Można zdefiniować czas opóźnienia dla aktywacji grzałki wspomagającej po rozpoczęciu przez pompę ciepła pracy z ciepłą wodą użytkową (#3032). Przy ustawieniach domyślnych ostatnie dziesięć minut działania ciepłej wody użytkowej będzie wspomagane przez elektryczną grzałkę wspomagającą (patrz prostokąt na poniższym wykresie), która będzie pracować do momentu, gdy temperatura w zbiorniku wody osiągnie wartość zadaną. Domyślnie czas opóźnienia wynosi 20 minut, ale można go wydłużyć do 95 minut, w zależności od czasu pracy ciepłej wody użytkowej.

Dodanie trybu powietrze-powietrze do systemu

Jak działa system po dodaniu trybu powietrze-powietrze? Aby to wyjaśnić, użyta zostanie konfiguracja spełniająca wymagania ciepłej wody użytkowej, ogrzewania w trybie powietrze-woda oraz chłodzenia w trybie powietrze-powietrze. W lecie system zapewnia chłodzenie w trybie powietrze-powietrze i ciepłą wodę użytkową. Aby przewidzieć jednoczesne zapotrzebowanie, konieczne jest ustawienie priorytetu pomiędzy trybami chłodzenia powietrze-powietrze a powietrze-woda. Dodatkowo, maksymalny czas pracy dla trybu priorytetowego i minimalny czas pracy dla trybu niepriorytetowego muszą być ustawione przez ustawienia opcji pola. W zimie, dzięki połączeniu trybów powietrze-woda i powietrze-powietrze w jednym systemie, dom można szybko ogrzać za pomocą funkcji szybkiego ogrzewania w przypadku ogrzewania w trybie powietrze-woda. Ogrzewanie podłogowe jest dobrze znane jako optymalna opcja ogrzewania dla uzyskania komfortu cieplnego w pomieszczeniach, jednak osiągnięcie docelowej temperatury w pomieszczeniu wymaga więcej czasu w porównaniu z ogrzewaniem powietrzem lub grzejnikami. Technologia TDM przyspiesza ten proces dzięki jednostkom wewnętrznym pracującym w trybie powietrze-powietrze w pierwszej fazie procesu ogrzewania i kontynuacji pracy w trybie ogrzewania podłogowego. Poniższy wykres przedstawia wyniki wewnętrznego testu laboratoryjnego przeprowadzonego przez firmę Samsung w celu porównania działania samego systemu w trybie powietrze-woda z działaniem systemu TDM Plus. Czas potrzebny do podniesienia temperatury w pomieszczeniu z 5 stopni Celsjusza do 20 stopni Celsjusza przedstawiono tutaj. Ogrzewanie w samym trybie powietrze-woda wymaga bardzo długiego czasu, aby osiągnąć temperaturę w pomieszczeniu od 5 stopni Celsjusza do 20 stopni Celsjusza (około 400 minut) w porównaniu do działania TDM Plus, które zajmuje około 50 minut.

Jednoczesna regulacja dla różnych stref temperatury w trybie powietrze-woda

Nasz sterownik przewodowy pozwala użytkownikowi na jednoczesne sterowanie dwoma strefami w trybie powietrze-woda o różnych temperaturach. Użytkownik może ustawić temperaturę wody dostarczanej do każdej strefy niezależnie od tego, co zostanie wykorzystane jako współczynnik termicznego załączania/wyłączania. Ewentualnie, docelowa temperatura w pomieszczeniu może posłużyć jako czynnik regulacyjny do określenia, czy w danej strefie występuje zapotrzebowanie na chłodzenie czy ogrzewanie. Jednak docelowym parametrem roboczym dla jednostki zewnętrznej w trybie powietrze-woda jest temperatura wody wychodzącej. Dlatego dla każdej strefy należy stworzyć coś, co w Samsung nazywamy „prawem wody” (Water Law): gdy istnieje zapotrzebowanie oparte na temperaturze pomieszczenia, pompa ciepła będzie pracować w trybie powietrze-woda, wykorzystując docelową temperaturę wody określoną przez prawo wody. Po włączeniu ustawienia zwanego prawem wody temperatura wody zasilającej jest ustawiana automatycznie na podstawie temperatury zewnętrznej, która jest związana z obciążeniem chłodniczym i grzewczym pomieszczenia. Pozwala to oszczędzać energię w porównaniu z samym prawem wody, w którym temperatura wody zasilającej jest stała. Dwie linie operacyjne, po jednej na strefę, wymagają zdefiniowania za pomocą ustawień w miejscu instalacji. Każda z tych linii przedstawia zależność pomiędzy docelową temperaturą wody dla danej strefy a temperaturą otoczenia mierzoną przez jednostkę zewnętrzną. W przypadku niejednoczesnego zapotrzebowania z dwóch stref, system pracuje zgodnie z odpowiednią linią operacyjną. Na przykład w przypadku, gdy występuje tylko zapotrzebowanie na ogrzewanie podłogowe, temperatura wody na wyjściu z modułu hydraulicznego jest ustawiona zgodnie z dolną linią temperaturową, a zawór mieszający będzie otwarty w 100%.

Podczas jednoczesnego działania obu stref wartości prawa wody są sterowane w nieco inny sposób. Najbardziej niekorzystne prawo wody określa docelową temperaturę wody wychodzącej modułu hydraulicznego, która odnosi się do temperatury wody w klimakonwektorach/grzejnikach podczas ogrzewania. Zawór mieszający będzie sterowany tak, aby osiągnąć docelową temperaturę wody w drugiej strefie, zgodnie z ustawioną różnicą temperatur z najbardziej niekorzystnym prawem wody.