Satu Sumber Panas, Dua Terminal: Mengapa Pemanas di Bawah Lantai Tidak Menjadi Hangat?

Bagian 5 — Aliran Air Sistem Tidak Memadai

Dalam sistem pompa kalor udara-ke-air melayani keduanyapemanas di bawah lantai dan koil kipas, salah satu keluhan yang paling umum adalah:

“Pompa panas bekerja dan air yang keluar terasa panas, namun pemanas di bawah lantai masih belum dapat menghangatkan ruangan dengan baik.”

Saat memecahkan masalah ini, banyak orang langsung mencurigai kapasitas pompa kalor tidak mencukupi.

Namun, pompa panas mungkin menghasilkan panas yang cukup.

Masalah sebenarnya bisa lebih sederhana:

Sistem hidronik tidak mengalirkan cukup air.

Aliran air yang tidak mencukupi adalah salah satu masalah hidrolik paling umum pada pompa panas udara-ke-air dan sistem pemanas di bawah lantai. Hal ini mungkin disebabkan oleh ukuran pipa yang terlalu kecil, penurunan tekanan yang berlebihan, terlalu banyak fitting, pemasangan yang buruk, pemilihan pompa yang salah, lokasi pompa yang tidak tepat, atau arsitektur sistem yang tidak sesuai.

Di dalamBagian 5 dari seri pemecahan masalah “Satu Sumber Panas, Dua Terminal” kami, kami menjelaskan bagaimana aliran sistem yang tidak mencukupi memengaruhi kinerja UFH dan bagaimana teknisi harus mendiagnosis masalah tersebut.

1. Mengapa Aliran Air Penting dalam Sistem Pemanas Pompa Panas

Sistem pemanas hidronik memindahkan panas melalui sirkulasi air.

Hubungan dasarnya adalah:

$$Q = titik{m} kali c_p kali Delta T$$

Di mana:

• Q= laju perpindahan panas

• M= laju aliran massa air

• Cp= kapasitas panas spesifik air

• ΔT= perbedaan suhu pasokan/pengembalian air

Untuk perhitungan praktis HVAC menggunakan air:

$$Q(kW) kira-kira 1,163 kali Aliran(m³/h) kali Delta T(K)$$

Karena itu:

$$Aliran(m³/h)=frac{Q(kW)}{1,163timesDelta T(K)}$$

Persamaan ini menjelaskan prinsip penting:

Kapasitas pemanasan saja tidak menjamin penyaluran panas. Sistem juga harus menyediakan aliran air yang cukup untuk mengangkut panas tersebut ke terminal.

2. Contoh Sederhana: Pompa Panas 20 kW pada ΔT = 5°C

Misalkan pompa kalor udara-ke-air mengalirkan:

Kapasitas pemanasan 20 kW

dengan perbedaan suhu suplai/pengembalian desain sebesar:

5°C

Laju aliran yang dibutuhkan kira-kira:

$$Aliran=frac{20}{1.163times5}$$ $$Aliran kira-kira 3,44m³/jam$$

Jadi sistem hidronik harus mampu bersirkulasi kira-kira:

3,4 m³/jam

di bawah resistansi sistem sebenarnya.

Jika pipa dan pompa hanya mampu menyalurkan 2,0 m³/jam, masalahnya tidak bisa diselesaikan hanya dengan mengatakan:

“Pompa panasnya 20 kW, jadi itu sudah cukup.”

Panas dapat dihasilkan dari sumbernya, namun tidak dapat disalurkan secara efektif ke lantai.

3. Laju Aliran dan Kepala Pompa Berbeda

Ini adalah perbedaan yang penting.

Saat memilih pompa sirkulasi, insinyur perlu mempertimbangkan keduanya:

Laju Aliran

Berapa banyak air yang harus bersirkulasi melalui sistem.

Biasanya dinyatakan sebagai:

• m³/jam

• L/mnt

• L/dtk

Kepala Pompa

Berapa besar hambatan hidrolik yang harus diatasi pompa pada laju aliran tersebut.

Biasanya dinyatakan sebagai:

• meter kolom air

• kPa

Sebuah pompa secara teoritis dapat memberikan aliran yang cukup pada resistansi rendah, namun gagal mencapai aliran yang dibutuhkan setelah terhubung ke sistem sebenarnya.

Oleh karena itu, memilih pompa hanya berdasarkan debit nominal saja tidak cukup.

Kita perlu menemukan titik operasi yang diperlukan pada:

Kurva Pompa × Kurva Resistansi Sistem

4. Diameter Pipa Adalah Salah Satu Hal Pertama yang Harus Diperiksa

Masalah yang sering terjadi adalah pipa distribusi utama terlalu kecil.

Pemasang dapat menyambungkan beberapa manifold ke satu pipa utama tanpa memperhitungkan:

• total aliran desain;

• kecepatan air;

• kehilangan tekanan;

• permintaan operasi simultan;

• panjang pipa yang setara.

Ketika aliran melalui pipa kecil meningkat, kecepatan air meningkat.

Pada saat yang sama, penurunan tekanan meningkat dengan cepat.

Hal ini dapat mengakibatkan:

Resistensi Tinggi → Aliran Berkurang → Perpindahan Panas Tidak Memadai → Zona UFH Dingin

Hal ini sangat penting terutama pada rumah besar dan gedung bertingkat.

5. Jangan Memilih Ukuran Pipa Utama Hanya Berdasarkan Pengalaman

Pemasang mungkin berkata:

“Kami biasanya menggunakan ukuran pipa ini untuk pemanas di bawah lantai.”

Itu bukanlah dasar rekayasa yang memadai.

Ukuran pipa utama harus didasarkan pada kebutuhan hidrolik sebenarnya.

Perhitungan profesional harus mempertimbangkan:

Kapasitas Pemanasan yang Dibutuhkan

↓

Desain ΔT

↓

Aliran Air yang Dibutuhkan

↓

Diameter Pipa

↓

Kecepatan Air

↓

Kerugian Gesekan Pipa

↓

Perlengkapan dan Katup

↓

Penurunan Tekanan Total

↓

Pemilihan Pompa

Melewatkan perhitungan ini adalah salah satu alasan mengapa beberapa sistem bekerja dengan baik dalam proyek-proyek kecil namun gagal ketika metode instalasi yang sama disalin ke bangunan yang lebih besar.

6. Panjang Pipa Hanya Bagian dari Perlawanan

Kesalahan umum adalah hanya menghitung panjang pipa lurus.

Resistensi sistem sebenarnya juga berasal dari:

• siku;

• kaos;

• katup;

• saringan;

• katup periksa;

• manifold;

• penukar panas;

• tangki penyangga;

• katup kontrol;

• reduksi;

• perlengkapan lainnya.

Komponen-komponen ini menciptakankehilangan tekanan lokal.

Karena itu:

$$Penurunan Tekanan Total = Gesekan Pipa + Kerugian Lokal$$

Insinyur sering mengubah alat kelengkapan menjadipanjang pipa yang setarauntuk perhitungan yang disederhanakan.

Misalnya, siku tajam 90° menciptakan hambatan yang jauh lebih besar dibandingkan perubahan arah secara perlahan.

Inilah sebabnya mengapa desain hidronik yang baik harus menghindari pemasangan yang tidak perlu dan perubahan arah yang tiba-tiba.

7. Mengapa Terlalu Banyak Siku 90° Bisa Menjadi Masalah

Dalam instalasi sebenarnya, perpipaan jarang sekali mengikuti jalur yang lurus sempurna.

Namun setiap sikutan yang tidak perlu menambah resistensi.

Jika memungkinkan, tata letak perpipaan harus menggunakan:

• perutean yang lebih lancar;

• tikungan radius panjang;

• perlengkapan 45° yang sesuai;

• lebih sedikit perubahan arah yang tidak perlu.

Hal ini menjadi semakin penting ketika:

• pipa utama relatif kecil;

• pipanya panjang;

• aliran yang dibutuhkan tinggi;

• beberapa lantai disuplai dari satu ruang pabrik.

Satu siku saja biasanya tidak akan menghancurkan sistem yang dirancang dengan baik.

Masalahnya adalahakumulasi kehilangan tekanan di seluruh sirkuit hidrolik.

8. Pemasangan Pipa PPR Dapat Menimbulkan Pembatasan Tersembunyi

Meskipun diameter pipa desain terlihat benar di atas kertas, kualitas pemasangan dapat mengubah kinerja hidraulik sebenarnya.

Hal ini khususnya relevan denganperpipaan PPR.

Selama pemasangan fusi panas, penyisipan yang berlebihan atau pengerjaan yang buruk dapat mengurangi sebagian aliran aliran internal pada sambungan.

Secara eksternal, pipa mungkin terlihat normal sepenuhnya.

Namun secara internal, diameter efektif mungkin menjadi jauh lebih kecil.

Hal ini menciptakan batasan tersembunyi.

Gejalanya mungkin termasuk:

• aliran sistem rendah;

• pasokan/pengembalian besar ΔT;

• aliran lemah pada manifold jauh;

• kinerja UFH yang buruk;

• pompa beroperasi pada kecepatan tinggi tanpa perbaikan.

Inilah salah satu alasan mengapa pengukuran awal sangat penting.

Gambar yang benar tidak menjamin pemasangan yang benar.

9. Pasokan/Pengembalian Besar ΔT Dapat Menjadi Tanda Peringatan

Misalkan pompa kalor menghasilkan air panas secara normal.

Anda mengukur:

Pasokan air: 42°C

Air kembali: 32°C

Kemudian:

$$Delta T=10°C$$

Jika sistem dirancang untuk suhu sekitar 5°C, ΔT yang lebih besar dari perkiraan mungkin menunjukkan aliran air tidak mencukupi.

Hubungannya sederhana:

Untuk laju perpindahan panas tertentu,

Aliran Lebih Rendah → ΔT Lebih Besar

Dan:

Aliran Lebih Tinggi → ΔT Lebih Kecil

Ini tidak berarti setiap ΔT yang besar secara otomatis merupakan masalah pompa.

Artinya ΔT harus diselidiki bersama dengan:

• aliran aktual;

• permintaan terminal;

• keluaran pompa panas;

• posisi katup;

• titik pengoperasian pompa.

10. Jarak Distribusi yang Jauh Menambah Masalah

Situasi umum lainnya terjadi di vila besar atau bangunan komersial.

Pompa kalor dan tangki penyangga dapat dipasang jauh dari terminal pemanas.

Arti pipa yang lebih panjang adalah:

• kehilangan gesekan yang lebih besar;

• lebih banyak perlengkapan;

• lebih banyak kehilangan panas;

• kebutuhan kepala pompa yang lebih tinggi.

Jika ukuran pipa juga terlalu kecil, efeknya akan jauh lebih buruk.

Insulasi pipa juga harus diperhatikan.

Pipa pemanas panjang yang tidak berinsulasi atau berinsulasi buruk dapat kehilangan sejumlah besar panas yang berguna sebelum air mencapai manifold pemanas di bawah lantai.

Oleh karena itu, untuk sistem hidronik jarak jauh, para insinyur harus mengevaluasi keduanya:

Rugi Hidraulik + Rugi Termal

11. Gedung Bertingkat Perlu Perhatian Khusus

Pertimbangkan sebuah vila tiga lantai.

Pengaturan yang umum adalah:

Pompa Panas → Tangki Penyangga → Pipa Distribusi Utama → Manifold Lantai

Jika satu pompa sirkulasi sentral diharapkan dapat melayani seluruh lantai secara bersamaan, penyeimbangan hidraulik dapat menjadi sulit.

Sirkuit terdekat mungkin menerima terlalu banyak aliran, sedangkan sirkuit jauh menerima terlalu sedikit.

Gejalanya meliputi:

• lantai pertama hangat;

• lantai atas dingin;

• beberapa manifold menerima aliran kuat;

• yang lain menerima aliran lemah;

• ruangan memanas secara tidak merata.

Memasang pompa yang lebih besar tidak selalu merupakan solusi terbaik.

12. Pompa Yang Lebih Besar Tidak Secara Otomatis Berarti Pemanasan Lebih Baik

Ini adalah kesalahpahaman umum lainnya.

Ketika lantai tidak memanas dengan baik, beberapa pemasang segera mengganti pompa sirkulasi dengan yang lebih besar.

Terkadang ini membantu.

Terkadang hal itu menimbulkan masalah baru.

Pompa yang terlalu besar dapat menyebabkan:

• kecepatan air yang berlebihan;

• kebisingan hidrolik;

• konsumsi listrik yang tidak perlu;

• kebisingan katup;

• otoritas kontrol yang buruk;

• ketidakseimbangan hidrolik.

Tujuan yang benar bukanlah:

“Pasang pompa sebesar mungkin.”

Dia:

Pilih pompa yang menyalurkan aliran desain yang diperlukan pada resistansi sistem yang dihitung.

13. Pompa Sirkulasi vs Pompa Booster

Kedua konsep ini tidak boleh dikacaukan.

Pompa Sirkulasi

Tujuan utamanya adalah untuk mengedarkan air di sekitar lingkaran hidronik tertutup.

Pompa Penguat

Tujuan utamanya adalah untuk meningkatkan tekanan yang tersedia ketika tekanan yang ada tidak mencukupi untuk kondisi distribusi yang diperlukan.

Dalam sistem pompa kalor, pemilihan dan lokasi pompa harus mengikuti arsitektur hidrolik sebenarnya.

Menambahkan pompa tanpa memahami sistemnya dapat menciptakan interaksi tekanan daripada menyelesaikan masalah.

14. Lokasi Pompa Penting

Posisi pemasangan pompa dapat mempengaruhi perilaku sistem secara signifikan.

Misalnya, jika tangki penyangga menyediakan pemisahan hidraulik, sisi pompa kalor dan sisi terminal harus dianalisis sebagai sirkuit hidraulik terpisah.

Pengaturan tipikalnya mungkin:

Sirkuit Primer

Pompa Panas → Tangki Penyangga → Pompa Panas

Dan:

Sirkuit Sekunder

Tangki Penyangga → Pompa Sirkulasi → UFH/Kumparan Kipas → Tangki Penyangga

Hal ini pada dasarnya berbeda dari sekadar menempatkan beberapa pompa secara acak secara seri.

Setiap pompa harus mempunyai tanggung jawab hidrolik yang jelas.

15. Mengapa Buffer Tank Dapat Membantu

Tangki penyangga yang dirancang dengan benar dapat memberikan beberapa fungsi:

• pemisahan hidrolik;

• volume air sistem tambahan;

• pengoperasian pompa panas yang lebih stabil;

• mengurangi bersepeda pendek;

• integrasi lebih mudah dari beberapa sirkuit terminal;

• fleksibilitas zonasi yang lebih baik.

Di sebuahsatu sumber panas, dua terminalsistem, pompa kalor dapat menyuplai keduanya:

Pemanas Bawah Lantai + Kumparan Kipas

Kedua tipe terminal ini bisa sangat berbeda:

• persyaratan aliran;

• persyaratan suhu air;

• logika kontrol;

• jadwal operasi.

Oleh karena itu, pemisahan hidraulik dapat membuat sistem lebih mudah dikendalikan.

Namun:

Tangki penyangga tidak mengkompensasi kesalahan ukuran pipa atau pemilihan pompa sirkulasi yang salah.

Setiap rangkaian tetap membutuhkan aliran desain yang memadai.

16. Sistem Primer-Sekunder Bisa Lebih Baik untuk Proyek Besar

Untuk vila yang lebih besar atau proyek multi-zona, arsitektur hidronik primer-sekunder mungkin lebih praktis.

Misalnya:

Sisi Utama

Pompa Panas → Tangki Penyangga

Sisi Sekunder

Tangki Penyangga → Pompa Zona 1 → UFH Lantai Dasar
Tangki Penyangga → Pompa Zona 2 → UFH Lantai Satu
Tangki Penyangga → Pompa Zona 3 → UFH Lantai Dua
Tangki Penyangga → Sirkuit Terpisah → Kumparan Kipas

Arsitektur ini memungkinkan zona berbeda untuk beroperasi sesuai permintaan.

Jika hanya satu lantai yang memerlukan pemanasan, tidak perlu memaksakan aliran desain penuh melalui setiap sirkuit terminal.

Hal ini dapat meningkatkan:

• stabilitas hidrolik;

• zonasi;

• kenyamanan;

• kontrol;

• efisiensi pemompaan.

17. Mengapa Pemompaan Sisi Kembali Sering Digunakan di Sirkuit UFH Sekunder

Dalam beberapa pengaturan pemanas bawah lantai sekunder, pompa sirkulasi dipasang di sisi belakang sirkuit terminal.

Lokasi pompa yang tepat harus selalu mengikuti desain hidraulik, titik sambungan bejana ekspansi, hubungan tekanan, dan persyaratan pabrikan.

Prinsip pentingnya bukan sekadar “sisi penawaran” versus “sisi pengembalian”.

Dia:

Pompa harus diposisikan sedemikian rupa sehingga sirkuit yang dimaksud menerima tekanan diferensial dan aliran desain yang stabil tanpa mengganggu sirkuit lainnya.

Hal ini sangat penting ketika beberapa pompa berbagi tangki penyangga atau header yang sama.

18. Keseimbangan Hidraulik Sangat Penting

Bahkan dengan ukuran pipa dan pompa yang benar, sistem yang tidak seimbang masih dapat menimbulkan masalah aliran.

Air secara alami mengikuti jalur yang hambatannya paling kecil.

Oleh karena itu, rangkaian yang lebih pendek mungkin menerima terlalu banyak aliran sedangkan rangkaian yang lebih panjang menerima terlalu sedikit.

Penyeimbangan hidrolik mungkin melibatkan:

• pengukur aliran berjenis;

• katup penyeimbang;

• kontrol tekanan diferensial;

• pompa berkecepatan variabel;

• katup zona;

• penyesuaian komisioning.

Tujuannya bukan untuk membuat setiap rangkaian menerima aliran yang sama.

Tujuannya adalah membuat setiap sirkuit menerimanyaaliran desain.

19. Urutan Pemecahan Masalah Praktis

Jika sistem pemanas di bawah lantai tidak mencapai suhu, jangan langsung meningkatkan setpoint pompa panas.

Diagnosis sistematis jauh lebih efektif.

Langkah 1 — Konfirmasikan Output Pompa Panas

Memeriksa:

• meninggalkan suhu air;

• mengembalikan suhu air;

• frekuensi/kapasitas operasi;

• alarm;

• permintaan pemanasan aktual.

Langkah 2 — Ukur ΔT

Bandingkan pasokan/pengembalian aktual ΔT dengan kondisi desain.

ΔT yang sangat tinggi dapat menunjukkan aliran yang rendah.

Langkah 3 — Periksa Aliran Aktual

Menggunakan:

• data aliran pompa panas;

• pengukur aliran eksternal;

• pengukur aliran berjenis;

• instrumen komisioning.

Jangan hanya mengandalkan menyentuh pipa.

Langkah 4 — Periksa Diameter Pipa

Verifikasi apakah pipa distribusi utama dapat mengalirkan aliran total yang dibutuhkan.

Langkah 5 — Hitung Penurunan Tekanan

Termasuk:

• pipa lurus;

• siku;

• katup;

• saringan;

• manifold;

• penukar panas;

• perlengkapan.

Langkah 6 — Periksa Kualitas Instalasi

Mencari:

• katup tertutup sebagian;

• saringan tersumbat;

• Pembatasan fusi PPR;

• pipa tertekuk;

• koneksi yang salah;

• kunci udara.

Langkah 7 — Periksa Pemilihan Pompa

Bandingkan titik operasi yang diperlukan dengan kurva pompa sebenarnya.

Langkah 8 — Periksa Posisi Pompa

Pastikan pompa melayani sirkuit hidrolik yang diinginkan.

Langkah 9 — Seimbangkan Sistem

Sesuaikan setiap sirkuit dengan aliran desain yang diperlukan.

Langkah 10 — Periksa Kembali Kinerja Ruangan

Hanya setelah sistem hidrolik beroperasi dengan benar kinerja pemanasan terminal harus dievaluasi.

20. Tabel Diagnostik Cepat

21. Prinsip Rekayasa Penting: Aliran Sebelum Suhu

Saat ruangan dingin, meningkatkan suhu pompa panas yang meninggalkan air sering kali merupakan reaksi pertama.

Namun jika masalah sebenarnya adalah aliran yang tidak mencukupi, pendekatan ini tidak mengatasi akar permasalahannya.

Urutan pemecahan masalah yang lebih baik adalah:

Permintaan Panas

↓

Keluaran Panas yang Dibutuhkan

↓

Aliran Air yang Dibutuhkan

↓

Diameter Pipa

↓

Penurunan Tekanan Sistem

↓

Titik Pengoperasian Pompa

↓

Keseimbangan Hidraulik

↓

Keluaran Panas Terminal

Hanya setelah parameter ini diverifikasi barulah kita mempertimbangkan peningkatan suhu air.

22. Mengapa Aliran yang Benar Juga Meningkatkan Efisiensi Pompa Panas

Desain hidrolik mempengaruhi lebih dari sekedar kenyamanan.

Ini juga mempengaruhi kinerja pompa panas.

Aliran yang tidak mencukupi dapat menyebabkan:

• suhu air keluar tidak stabil;

• ΔT berlebihan;

• berkurangnya perpindahan panas;

• sering bersepeda;

• perlindungan tekanan tinggi dalam kondisi tertentu;

• pemulihan pencairan es yang buruk;

• mengurangi efisiensi musiman.

Oleh karena itu, pompa kalor udara-ke-air tidak boleh dianggap sebagai mesin yang terisolasi.

Ini adalah bagian dari sistem hidronik yang lengkap.

Pompa panas berefisiensi tinggi yang dihubungkan ke sistem air yang dirancang dengan buruk tidak dapat menghasilkan sistem pemanas berefisiensi tinggi.

Takeaway Rekayasa Terakhir

Untuk asatu sumber panas, dua terminalsistem yang menggabungkan pemanas bawah lantai dan koil kipas, aliran air yang tidak mencukupi adalah salah satu masalah terpenting untuk didiagnosis.

Akar penyebabnya mungkin:

Pipa Berukuran Kecil

→Penurunan Tekanan Berlebihan

→Kepala Pompa Tidak Memadai

→Keseimbangan Hidraulik Buruk

→Aliran Terminal Tidak Memadai

→Perpindahan Panas Tidak Memadai

→Ruangan Tidak Dapat Mencapai Suhu yang Disetel

Solusinya bukan sekedar pompa panas yang lebih besar atau pompa sirkulasi yang lebih besar.

Pendekatan yang benar adalah dengan memperlakukan seluruh sistem sebagai jaringan hidrolik dan menghitung:

Kapasitas + ΔT + Aliran + Ukuran Pipa + Penurunan Tekanan + Kepala Pompa + Penyeimbangan

Ketika semua parameter ini bekerja sama, maka panas yang dihasilkan oleh pompa kalor sebenarnya dapat mencapai ruangan yang membutuhkannya.

Satu Sumber Panas, Dua Terminal — Seri Pemecahan Masalah

Artikel ini adalahBagian 5seri teknik kami:

Bagian 1 — Komisioning Awal atau Penghentian Jangka Panjang
Bagian 2 — Udara Terjebak di Pipa Pemanas Bawah Lantai
Bagian 3 — Desain dan Tata Letak Perpipaan yang Buruk
Bagian 4 — Area Pembuangan Panas Efektif yang Tidak Memadai
Bagian 5 — Aliran Air Sistem Tidak Memadai

Artikel yang lebih praktis akan terus membahas pompa panas udara-ke-air, pemanas di bawah lantai, koil kipas, dan desain sistem hidronik dari perspektif teknik nyata.

www.ecoheat-pump.com