Mengganti Boiler dengan Pompa Panas Sumber Udara Lebih dari Sekadar Mengganti Sumber Panas

Mengganti boiler gas, minyak, atau listrik tradisional dengan pompa panas udara-ke-air semakin umum dalam proyek renovasi bangunan perumahan, komersial, dan publik.

Namun, retrofit yang sukses bukan sekadar:

Lepas boiler → pasang pompa panas → sambungkan pipa yang ada.

Pompa panas dan boiler beroperasi dalam kondisi hidrolik dan suhu yang sangat berbeda.

Boiler biasanya dapat menghasilkan suhu air yang relatif tinggi dengan perbedaan suhu yang cukup besar antara air suplai dan kembali. Sebaliknya, pompa panas biasanya mencapai efisiensi terbaiknya saat menyuplai air bersuhu lebih rendah dengan aliran air yang terkontrol dengan baik.

Ini berarti sebelum mengganti boiler, insinyur harus menjawab beberapa pertanyaan penting:

1. Berapa beban pemanasan dan pendinginan aktual bangunan?

2. Berapa kapasitas yang harus disediakan pompa panas pada suhu luar ruangan desain?

3. Bisakah koil kipas, radiator, atau sistem pemanas bawah lantai yang ada beroperasi pada suhu air yang baru?

4. Bisakah pipa yang ada menyediakan aliran air yang cukup?

5. Apakah pompa sirkulasi yang ada cocok?

6. Apakah pemisahan hidrolik, tangki penyangga, atau sirkuit sekunder diperlukan?

Memahami pertanyaan-pertanyaan ini adalah kunci untuk retrofit boiler-ke-pompa panas yang andal.

1. Mulai dengan Beban Bangunan, Bukan Kapasitas Boiler yang Ada

Salah satu kesalahan paling umum dalam retrofit pompa panas adalah memilih pompa panas baru sesuai dengan kapasitas yang tertera pada pelat nama boiler yang ada.

Contoh:

Kapasitas boiler yang ada = 100 kW
Oleh karena itu, pasang pompa panas 100 kW.

Pendekatan ini bisa sangat menyesatkan.

Boiler tradisional seringkali berkapasitas berlebih, dan kapasitas nominalnya tidak selalu mewakili permintaan pemanasan puncak aktual bangunan.

Oleh karena itu, titik awal yang benar adalah beban pemanasan desainKeduanya bisa bekerja dengan sangat baik. Pemanasan bawah lantai menawarkan efisiensi pemanasan suhu rendah yang sangat baik, sementara koil kipas dapat menyediakan pemanasan dan pendinginan air dingin. Pilihan terbaik tergantung pada jenis bangunan, permintaan pemanasan/pendinginan, dan infrastruktur distribusi yang ada.

Dalam proyek yang membutuhkan pendinginan, beban pendinginan desain juga harus dihitung.

Perkiraan awal yang disederhanakan dapat menggunakan:

$$Q = A dikali q$$

=

• Langkah 3 — Pilih kapasitas pompa panas = perkiraan beban bangunan, W

• A = luas lantai ber-AC, m²

• q = perkiraan beban unit, W/m²

Misalnya, jika bangunan seluas 10.000 m² memiliki perkiraan beban pemanasan 70 W/m²:

$$10.000 dikali 70 = 700.000W$$

)

$$=$$

WQ_{pemanasan}=700kWKeduanya bisa bekerja dengan sangat baik. Pemanasan bawah lantai menawarkan efisiensi pemanasan suhu rendah yang sangat baik, sementara koil kipas dapat menyediakan pemanasan dan pendinginan air dingin. Pilihan terbaik tergantung pada jenis bangunan, permintaan pemanasan/pendinginan, dan infrastruktur distribusi yang ada.

perkiraan awal

.

Pemilihan pompa panas akhir sebaiknya didasarkan pada perhitungan kehilangan panas/keuntungan panas bangunan yang tepat dengan mempertimbangkan insulasi, kaca, ventilasi/infiltrasi, hunian, keuntungan internal, suhu desain luar ruangan, dan suhu dalam ruangan yang dibutuhkan.

2. Kapasitas Pompa Panas Harus Diperiksa pada Suhu Luar Ruangan Desain

Ini sangat penting untuk pompa panas sumber udara.

Pompa panas yang diiklankan sebagai “pompa panas 20 kW” tidak selalu menghasilkan 20 kW dalam semua kondisi luar ruangan.

A7/W35

Oleh karena itu, insinyur tidak boleh memilih peralatan hanya berdasarkan kondisi nominal seperti:

• A7/W35

• Sebaliknya, kapasitas harus diperiksa terhadap kondisi desain proyek yang sebenarnya, misalnya:

• A7/W35

• A2/W35

• A−7/W35

A−15/W45

A−20/W55

$$i$$

nQ_{PH,desain} geq Q_{bangunan,desain}kecuali jika sistem sengaja dirancang sebagai

sistem bivalen

dengan pemanasan tambahan.

Untuk proyek iklim dingin, kapasitas pemanasan suhu rendah seringkali lebih penting daripada kW nominal yang tertera di katalog.

3. Beban Pemanasan dan Pendinginan Dapat Menghasilkan Pemilihan Pompa Panas yang Berbeda

Untuk sistem pompa panas udara-ke-air yang dapat dibalik, muncul pertanyaan lain:

Haruskah kita mengukur pompa panas berdasarkan beban pemanasan atau beban pendinginan?

Jawabannya tergantung pada iklim.

Iklim DinginDi iklim dingin, beban pemanasan biasanya dominan.Oleh karena itu, pompa panas biasanya dipilih berdasarkan

beban pemanasan desain musim dingin

, setelah memeriksa kapasitas pemanasan suhu rendahnya.

Kapasitas pendinginan musim panas kemudian dapat mencukupi secara otomatis.

Iklim Panas-Musim Panas / Dingin-Musim Dingin

$$=$$

700

$$a$$

n

=

1

,

500

k

W

Q_{pendinginan}=1.500kW

Mengukur seluruh pabrik pompa panas untuk 1.500 kW hanya karena puncak pendinginan dapat menghasilkan sistem pemanasan yang berkapasitas berlebih.

Salah satu solusi teknik yang mungkin adalah pabrik hibrida:

Pompa panas udara-ke-air → pemanasan dasar + pendinginan parsial

ditambah

Pendingin → pendinginan puncak tambahanOleh karena itu, komisioning retrofit harus mencakup:penyeimbangan cabang;

4. Bisakah Koil Kipas yang Ada Digunakan dengan Pompa Panas?

Dalam banyak proyek penggantian boiler, bangunan sudah berisi unit koil kipas hidronik.

Kabar baiknya adalah:

Koil kipas yang ada tidak otomatis perlu diganti.

Tetapi kinerjanya harus diverifikasi pada suhu operasi yang baru.

Kapasitas koil kipas sangat bergantung pada perbedaan suhu antara air yang masuk ke koil dan udara ruangan. Oleh karena itu, menurunkan suhu air umumnya mengurangi keluaran pemanasan. Tabel kinerja produsen harus digunakan jika tersedia. (

Caleffi S.p.a.

)

Misalnya, koil kipas yang awalnya dirancang di sekitar:

Sistem boiler

suplai 70°C / kembali 60°C

dapat menghasilkan panas yang jauh lebih sedikit saat dioperasikan pada:

Sistem pompa panas

suplai 45°C / kembali 40°C.

Jadi, pertanyaan yang benar bukanlah:

“Bisakah koil kipas bekerja dengan air 45°C?”

Melainkan:

“Bisakah koil kipas ini menghasilkan kapasitas pemanasan ruangan yang dibutuhkan pada air 45°C dalam kondisi aliran udara dan aliran air aktual?”

Perbedaan itu sangat penting.

5. Koil Kipas Sangat Menarik untuk Sistem Pompa Panas Pemanasan + Pendinginan

Sistem koil kipas memiliki satu keuntungan utama dalam proyek retrofit pompa panas:Oleh karena itu, komisioning retrofit harus mencakup:penyeimbangan cabang;

Pompa panas sumber udara → air hangat → koil kipas → pemanasan ruangan

Selama musim panas:

Pompa panas sumber udara → air dingin → koil kipas → pendinginan ruangan

$$Q$$

=

• Langkah 3 — Pilih kapasitas pompa panas˙

• cp

• ΔT

• Q=dot m c_pDelta TDi mana:

Q

= laju perpindahan panas

$$Persamaan ini menjelaskan salah satu perbedaan terpenting antara sistem hidronik boiler dan pompa panas.$$

Untuk laju perpindahan panas yang sama:Oleh karena itu, komisioning retrofit harus mencakup:penyeimbangan cabang;

∝

1

Δ

$$7. Mengapa Pompa Panas Sering Membutuhkan Aliran Air Lebih Tinggi$$

Pertimbangkan contoh sederhana.

$$h$$

)

$$o$$

w

$$l$$ $$o$$

w

$$l$$ $$o$$

w≈Keduanya bisa bekerja dengan sangat baik. Pemanasan bawah lantai menawarkan efisiensi pemanasan suhu rendah yang sangat baik, sementara koil kipas dapat menyediakan pemanasan dan pendinginan air dingin. Pilihan terbaik tergantung pada jenis bangunan, permintaan pemanasan/pendinginan, dan infrastruktur distribusi yang ada.

m

3

/

h

Flowapprox17.2m³/h

Jadi, mengurangi ΔT dari 10°C menjadi 5°C kira-kira

menggandakan aliran air yang dibutuhkan

.

• Inilah sebabnya mengapa mengganti boiler dengan pompa panas dapat menimbulkan masalah hidrolik bahkan ketika kapasitas pemanasan telah dihitung dengan benar.

• Pipa yang ada mungkin terlalu kecil untuk aliran pompa panas yang dibutuhkan.

• 8. Mengapa Hanya Memasang Pompa yang Lebih Besar Tidak Selalu Solusi

• Reaksi umum adalah:

• “Jika alirannya terlalu rendah, pasang saja pompa sirkulasi yang lebih besar.”

• Terkadang ini berhasil.

• Terkadang ini menciptakan masalah lain.

Meningkatkan head pompa tidak dapat mengkompensasi perpipaan yang kurang berdimensi secara tak terbatas. Kecepatan berlebihan dapat mengakibatkan:

peningkatan penurunan tekanan;

konsumsi listrik pompa yang lebih tinggi;

kebisingan aliran;

kebisingan katup;

risiko erosi;

penyeimbangan hidrolik yang buruk;

• aliran yang tidak mencukupi di cabang yang jauh.

• Oleh karena itu, prosedur yang benar adalah:

• Kapasitas termal yang dibutuhkan → aliran air yang dibutuhkan → penurunan tekanan pipa → head pompa yang tersedia → pemilihan pompa sirkulasi

• daripada memilih pompa secara independen.

• 9. Perpipaan yang Ada Harus Dievaluasi Sebelum Penggantian

• Mengganti semua pipa hidronik yang ada dapat membuat retrofit menjadi sangat mahal dan mengganggu.

• Oleh karena itu, insinyur harus terlebih dahulu menyelidiki apakah jaringan yang ada masih dapat digunakan.

• Periksa:

• diameter pipa utama;

diameter pipa cabang;

panjang pipa;

kerugian tekanan fitting dan katup;

kurva pompa yang ada;

memilih pompa panas yang mampu menghasilkan suhu air keluar yang lebih tinggi jika diperlukan.

aliran pompa panas yang dibutuhkan;

kecepatan air yang diizinkan;

keseimbangan hidrolik.

Jika perpipaan yang ada dapat membawa aliran yang dibutuhkan pada penurunan tekanan dan kecepatan yang dapat diterima, mungkin tidak ada alasan untuk menggantinya.Oleh karena itu, komisioning retrofit harus mencakup:penyeimbangan cabang;

Pemanasan bawah lantai hidronik yang ada seringkali lebih cocok untuk pompa panas daripada radiator konvensional.

Mengapa?

Karena pemanasan bawah lantai menggunakan permukaan pemancar panas yang sangat besar.

Area perpindahan panas yang lebih besar memungkinkan bangunan dipanaskan menggunakan suhu air yang relatif rendah.

Itulah yang disukai pompa panas.

Panduan desain pompa panas modern mengidentifikasi pemanasan lantai yang dirancang dengan baik sangat cocok untuk pompa panas udara-ke-air karena dapat menghasilkan keluaran panas ruangan yang dibutuhkan pada suhu air suplai yang relatif rendah, meningkatkan efisiensi pompa panas. (

Caleffi S.p.a.

)

Operasi pemanasan suhu rendah yang khas mungkin sekitar:

$$dalam kondisi desain.$$

Misalkan sirkuit lantai lama beroperasi pada:

$$500kW$$

tetapi pompa panas membutuhkan sekitar:

Δ

T

=

5

°

C

Delta T=5°C

Untuk kapasitas pemanasan yang sama, sisi pompa panas membutuhkan aliran air sekitar dua kali lipat.

Ini dapat menciptakan ketidakcocokan antara:

Aliran yang dibutuhkan pompa panas

dan

kapasitas aliran sirkuit UFH yang ada.

• Ini tidak berarti secara otomatis bahwa semua pipa pemanasan lantai perlu diganti.

• Sebaliknya, sistem hidrolik perlu dirancang ulang dengan benar.

• 12. Pemisahan Hidrolik Dapat Menyelesaikan Banyak Masalah Retrofit

• Salah satu solusi efektif adalah memisahkan sirkuit pompa panas secara hidrolik dari sirkuit distribusi bangunan.

• Pengaturan yang umum adalah:

• Pompa Panas → Pompa Primer → Tangki Penyangga / Pemisah Hidrolik → Pompa Sekunder → Sistem UFH atau Koil Kipas yang Ada

Ini memungkinkan sirkuit pompa panas untuk mempertahankan aliran yang dibutuhkan oleh pompa panas sementara sirkuit bangunan yang ada beroperasi pada laju aliran yang berbeda.Oleh karena itu, komisioning retrofit harus mencakup:penyeimbangan cabang;

aliran distribusi yang ada berbeda dari aliran pompa panas;

beberapa pompa panas beroperasi secara berurutan;

koil kipas dan pemanasan lantai digunakan;

volume sistem pompa panas minimum harus dipertahankan;

operasi pencairan membutuhkan energi termal yang tersimpan.

• Pemisahan hidrolik memungkinkan sirkulator primer dan sekunder beroperasi pada laju aliran yang stabil tetapi berpotensi berbeda. (

• Caleffi S.p.a.

• )

• 13. Bagaimana dengan Radiator yang Ada?

• Radiator membutuhkan evaluasi yang lebih hati-hati.

• Banyak sistem boiler lama dirancang dengan suhu air yang relatif tinggi.

• Pompa panas yang beroperasi pada suhu air yang jauh lebih rendah mungkin menghasilkan keluaran radiator yang tidak mencukupi.

Solusi yang mungkin termasuk:

meningkatkan ukuran radiator;

menambah radiator tambahan;Oleh karena itu, komisioning retrofit harus mencakup:penyeimbangan cabang;

mengurangi kehilangan panas bangunan;

menggunakan koil kipas suhu rendah;

memilih pompa panas yang mampu menghasilkan suhu air keluar yang lebih tinggi jika diperlukan.

Tujuannya tetap harus:

Gunakan suhu air suplai terendah yang praktis yang dapat memenuhi beban pemanasan bangunan.

Suhu air yang lebih rendah umumnya memungkinkan pompa panas udara-ke-air beroperasi pada COP yang lebih tinggi. (

• Caleffi S.p.a.

• )

• 14. Jangan Abaikan Penyeimbangan Hidrolik

• Setelah retrofit, aliran sistem total mungkin benar sementara beberapa ruangan masih menerima pemanasan yang tidak mencukupi.

• Mengapa?

• Karena air mengikuti jalur resistensi hidrolik terkecil.

Sirkuit pendek dapat menerima aliran berlebihan sementara sirkuit panjang kekurangan.Oleh karena itu, komisioning retrofit harus mencakup:penyeimbangan cabang;

penyesuaian aliran manifold;

verifikasi tekanan diferensial;

penyesuaian kecepatan pompa;

pengukuran suhu suplai/kembali;

Langkah 6 — Periksa perpipaan yang ada

Sirkuit hidronik paralel sangat berguna karena cabang individu dapat diseimbangkan dan dikontrol secara independen. (

Caleffi S.p.a.

Langkah 6 — Periksa perpipaan yang ada

15. Alur Kerja Retrofit Boiler-ke-Pompa Panas yang Praktis

Untuk proyek teknik, prosesnya dapat diringkas sebagai:

Langkah 6 — Periksa perpipaan yang ada

Tentukan beban pemanasan desain dan, jika diperlukan, beban pendinginan.

↓

Langkah 6 — Periksa perpipaan yang ada

Gunakan suhu desain musim dingin dan musim panas lokal.

↓

$$Q$$

Langkah 6 — Periksa perpipaan yang ada

m

˙

Langkah 6 — Periksa perpipaan yang ada

p

Δ

Langkah 6 — Periksa perpipaan yang ada

Q=dot m c_pDelta T

↓

Langkah 6 — Periksa perpipaan yang ada

Verifikasi diameter, penurunan tekanan, dan kecepatan yang diizinkan.

↓

Langkah 7 — Pilih pompa sirkulasi

Gunakan aliran desain dan resistensi sistem yang dihitung—bukan hanya diameter pipa.

$$↓$$

Langkah 9 — Seimbangkan dan komisioning

$$500kW$$

Jika sistem pompa panas dirancang di sekitar:

$$l$$ $$o$$

w≈86

m

$$dalam kondisi desain.$$

Jika sirkuit boiler yang ada dirancang di sekitar:

$$l$$ $$o$$

w≈Keduanya bisa bekerja dengan sangat baik. Pemanasan bawah lantai menawarkan efisiensi pemanasan suhu rendah yang sangat baik, sementara koil kipas dapat menyediakan pemanasan dan pendinginan air dingin. Pilihan terbaik tergantung pada jenis bangunan, permintaan pemanasan/pendinginan, dan infrastruktur distribusi yang ada.

m

3

/

h

Flowapprox43m³/h

Oleh karena itu, pompa panas baru mungkin membutuhkan sekitar

dua kali lipat aliran air desain

.

Perhitungan tunggal itu segera memberi tahu insinyur apa yang perlu diselidiki:

Bisakah jaringan pipa dan pompa yang ada menangani peningkatan aliran?

Jika ya, sebagian besar sistem asli mungkin tetap ada.

Jika tidak, modifikasi hidrolik diperlukan.

17. Apa yang Membuat Retrofit Boiler-ke-Pompa Panas Berhasil?

Retrofit yang berhasil membutuhkan tiga sistem yang cocok satu sama lain:

Sumber PanasPompa panas harus menyediakan kapasitas yang cukup dalam kondisi luar ruangan yang sebenarnya.Distribusi Panas

Pipa dan pompa harus menyediakan aliran air yang cukup.

Pemancar Panas

Koil kipas, radiator, atau pemanasan lantai harus menyediakan keluaran ruangan yang cukup pada suhu air yang dipilih.

Jika salah satu dari ketiganya dirancang dengan tidak benar, sistem dapat mengalami:

pemanasan tidak mencukupi → suhu air tinggi → COP lebih rendah → konsumsi listrik lebih tinggi → pengalaman pelanggan yang buruk.

Inilah sebabnya mengapa retrofit pompa panas harus selalu diperlakukan sebagai

proyek rekayasa sistem hidronik yang lengkap

, daripada sekadar penggantian peralatan.

Pertanyaan yang Sering Diajukan

Bisakah saya langsung mengganti boiler gas dengan pompa panas sumber udara?

Terkadang, tetapi sistem yang ada harus diperiksa terlebih dahulu untuk beban panas, suhu air yang dibutuhkan, keluaran terminal, aliran air, diameter pipa, dan kapasitas pompa sirkulasi. Penggantian satu-per-satu secara langsung tanpa analisis hidrolik dapat mengakibatkan kinerja yang buruk.

Bisakah koil kipas yang ada bekerja dengan pompa panas udara-ke-air?

Ya, dalam banyak kasus. Namun, kapasitas pemanasannya harus diperiksa pada suhu air yang lebih rendah yang biasanya terkait dengan operasi pompa panas. Data kinerja produsen harus digunakan jika tersedia.

Bisakah pemanasan bawah lantai yang ada bekerja dengan pompa panas?

Biasanya ya. Pemanasan lantai hidronik sangat cocok untuk pompa panas karena area pemancarnya yang besar memungkinkan suhu air suplai yang relatif rendah.

Mengapa pompa panas membutuhkan aliran air tinggi?

Perpindahan panas bergantung pada aliran air dan perbedaan suhu suplai-kembali. Ketika ΔT dikurangi, aliran air harus meningkat untuk mentransfer jumlah panas yang sama.

Apakah saya perlu mengganti pipa pemanas yang ada?

Tidak selalu. Perpipaan yang ada harus diperiksa secara hidrolik terhadap aliran dan penurunan tekanan yang dibutuhkan yang baru. Jika aliran yang dapat diterima dapat dicapai tanpa kecepatan berlebihan atau head pompa, pipa dapat tetap ada.

Haruskah saya memasang tangki penyangga saat mengganti boiler dengan pompa panas?

Tergantung pada desain sistem. Tangki penyangga atau pemisah hidrolik dapat berguna ketika sirkuit pompa panas dan bangunan membutuhkan laju aliran yang berbeda, ketika beberapa zona sering tertutup, ketika volume sistem tambahan diperlukan, atau ketika operasi pencairan yang stabil diperlukan.Apakah koil kipas atau pemanasan bawah lantai lebih baik untuk pompa panas?Keduanya bisa bekerja dengan sangat baik. Pemanasan bawah lantai menawarkan efisiensi pemanasan suhu rendah yang sangat baik, sementara koil kipas dapat menyediakan pemanasan dan pendinginan air dingin. Pilihan terbaik tergantung pada jenis bangunan, permintaan pemanasan/pendinginan, dan infrastruktur distribusi yang ada.

Kesimpulan

Mengganti boiler dengan pompa panas sumber udara bukanlah pertanyaan utama tentang menemukan pompa panas dengan peringkat kW yang sama.

Pertanyaan rekayasa yang sebenarnya adalah:

Bisakah pompa panas, sistem distribusi hidronik, dan pemancar panas yang ada bekerja bersama pada suhu air, laju aliran, dan beban desain yang dibutuhkan?

Oleh karena itu, retrofit profesional dimulai dengan perhitungan beban bangunan, diikuti dengan pemilihan kinerja pompa panas, verifikasi terminal, dan analisis hidrolik.

Koil kipas dan sistem pemanasan bawah lantai yang ada seringkali dapat dipertahankan, yang dapat secara signifikan mengurangi biaya renovasi. Tetapi ini hanya mungkin ketika insinyur dengan hati-hati memverifikasi