Büyük Boyutlu Isı Pompası İle İlgili Temel Sorun

Mario DODİC / HVAC Consultant and Trainer | Consulting and educating busy HVAC professionals with limited resources to understand system design and control 💡 Technical and Service Engineer at Panasonic 🔧 Ultramarathon Runner 🏃🏼

Bu yazıda, büyük bir ısı pompasına sahip olduğunuzda ortaya çıkan sorunları ele alacağız.

HVAC Education Hub YouTube kanalında bu video en popüler videodur, bu yüzden açıklamaya değer olduğunu düşünüyorum. Bağlantı burada: Aşırı Büyük Isı Pompasının Ana Sorunu

YouTube kanalımda bulunan bu videoda, ısı pompasının aşırı büyütülmesinin (yüzde 10 değil, özellikle yüzde 30-50 oranında) olumsuz etkileri anlatılıyor. Bu durum, mükemmel izolasyona sahip yeni binalarda bile bazen gözlemleniyor.

Aşırı boyutlandırma, sık kompresör AÇIK/KAPALI döngüleri nedeniyle performansın ve COP’un düşmesine neden olur. Ek olarak, zayıf bir hidrolik tasarım varsa, COP yaklaşık 2’ye düşebilir ve bu da çok düşük kabul edilir. Sorun, yakın dış tasarım sıcaklığında değil, ancak yılın %80-90’ında sıcaklıkların tasarım sıcaklığının önemli ölçüde üstünde olduğu durumlarda ortaya çıkar.

Deneyime dayanarak, tasarımcılar ve montajcılar bu sorunun yaygın olmadığı gaz kazanlarına, oduna, peletlere veya diğer geleneksel yakıt sistemlerine alışkın oldukları için, sorunlar genellikle küçük boyutlu olanlardan ziyade büyük boyutlu ısı pompalarında ortaya çıkar. Rob Berridge (EngTech TMIET), döngüyü önlemek ve daha yüksek verimliliğe sahip olmak için %75 ısı yükünde bir ısı pompası tasarlamamız gerektiğini söylüyor. Bence %99 da iyidir, %100’den iyidir ancak önümüzdeki birkaç gün içinde yeni videoda bu konuya daha fazla değineceğim.

Peki, aşırı büyük bir ısı pompası takarsanız ne olur? Isı pompası sisteminin birincil bileşeni, özellikle modülasyonda belirli sınırlamaları olan kompresördür. Bir kompresör geniş bir aralıkta modüle edebilirken, bu aralık bazen evin ve sistemin verimli bir şekilde çalışması için yeterli olmayabilir. Bunu bir örnekle inceleyelim.

Isı Kaybını Anlamak

Isı kaybı birkaç değişkene bağlıdır, bunlardan en önemlisi dış ve iç sıcaklıklar arasındaki delta T’dir (ΔT). Dış sıcaklık daha düşük olduğunda, ΔT daha yüksek olur ve bu da daha fazla ısı kaybına neden olur. Örneğin, iyi izolasyona ve yeni pencerelere sahip 200 m2’lik yeni bir evi ele alalım. -10°C dış sıcaklıkta ve 20°C iç sıcaklıkta (ΔT = 30°C), ev 9 kW ısıya ihtiyaç duyar, bu da 45 W/m²’dir.

Ancak, +7°C’lik bir dış ortam sıcaklığında ve aynı 20°C’lik iç ortam sıcaklığında (ΔT = 13°C), evin yalnızca 3,9 kW ısıya ihtiyacı vardır, bu da yaklaşık 20 W/m²’dir. Bu, -10°C ile +7°C arasındaki ısı kaybında %50’den fazla bir farkı temsil eder.

Isı Pompası Performansına Etkisi

Isı pompası gereksinimlerini tasarlarken veya hesaplarken, dış ortam sıcaklığı düştükçe ısı pompasının kapasitesinin de düştüğünü unutmamak önemlidir. Tersine, dış ortam sıcaklığı daha yüksek olduğunda ısı pompasının kapasitesi artar (çoğu modelde T-Cap farklıdır). Büyük boy bir ısı pompası, daha yüksek dış ortam sıcaklıklarında evinizin daha düşük ısı kaybına uyum sağlayacak kadar düşük modülasyon sağlamayabilir.

Bir Panasonic 9 kW T-Cap ısı pompasını düşünün. -7°C’de, 3 ila 9 kW arasında modüle edebilir ve geniş bir modülasyon aralığı sunar. Ancak, +7°C’de, 4 ila 9 kW arasında modüle eder. Örnek evimiz, +7°C’de yaklaşık 4 kW gerektirir ve bu da onu modülasyon aralığının kenarına yerleştirir. Bu pompa, geniş modülasyon aralığı nedeniyle hem -10°C’de hem de +7°C’de ısı kaybını karşılayabilir.

Uygun Boyutlandırmanın Önemi

Ancak, su akış hızı yetersizse (veya ev daha düşük bir yük gerektiriyorsa) ve bu durumda, bir ısı pompası potansiyel olarak AÇIK/KAPALI kompresör döngüsüne yol açar. Modülasyon, kapasite ve evinizin ısı gereksinimleri arasındaki ilişkiyi anlamak çok önemlidir.

Genellikle ısı pompasını, en soğuk beklenen sıcaklıklar için kapasite aralığının alt ucuna yakın bir boyuta getirmek, gerekirse elektrikli ısıtma elemanlarıyla desteklemek daha iyidir. Örneğin, 200 m2’lik evimizdeki 12 kW’lık bir ısı pompası +7°C’de yalnızca 5 kW’a kadar modüle edebilirken, evin yalnızca 4 kW’a ihtiyacı vardır. Bu uyumsuzluk, kompresörün sık sık açılıp kapanmasına neden olarak verimliliği düşürebilir.

Çözüm

Önemli olan modülasyon, dış ortam sıcaklığı ve kompresör frekansı arasındaki ilişkiyi anlamaktır. Bir ısı pompasının boyutunun fazla olması verimsizliğe ve sık sık çevrime yol açabilir.

Lütfen YouTube kanalına abone olun: HVAC Education Hub

English version of the article:

The Main Problem with Oversized Heat Pump

We’ll discuss the issues that arise when you have an oversized heat pump.

On the HVAC Education Hub YouTube channel, this video is the most popular so I think it is worth explaining it. The link is here: The Main Problem with Oversized Heat Pump

This video on my YouTube channel explained the negative effects of oversizing the heat pump (not by 10% but particularly by 30-50%), which is sometimes observed in new buildings with excellent insulation.

Oversizing leads to reduced performance and COP due to frequent compressor ON/OFF cycles. Additionally, if there is a poor hydraulic design, the COP can drop to around 2, which is considered too low. The issue lies not in the near outdoor design temperature, but rather in the 80-90% of the year when temperatures are significantly above the design temperature.

Based on experience, problems more commonly occur with oversized heat pumps rather than undersized ones because designers and installers are accustomed to gas boilers, wood, pellets, or other traditional fuel systems where this issue isn’t as prevalent. Rob Berridge (EngTech TMIET) says that we need to design a heat pump on 75% heat load to avoid cycling and have higher efficiency. I think that 99% is also fine, better than 100% but more on that in the next few days on the new video.

So, what happens if you install an oversized heat pump? The primary component of the heat pump system is the compressor, which has certain limitations, particularly in modulation. While a compressor can modulate over a wide range, this range sometimes isn’t sufficient for the house and system to operate efficiently. Let’s explore this with an example.

Understanding Heat Loss

Heat loss depends on several variables, with the main one being the delta T (ΔT) between outdoor and indoor temperatures. When the outdoor temperature is lower, ΔT is higher, resulting in greater heat loss. For instance, consider a new 200 m2 house with good insulation and new windows. At an outdoor temperature of -10°C and an indoor temperature of 20°C (ΔT = 30°C), the house requires 9 kW of heat, which is 45 W/m².

However, at an outdoor temperature of +7°C and the same indoor temperature of 20°C (ΔT = 13°C), the house requires only 3.9 kW of heat, which is around 20 W/m². This represents more than a 50% difference in heat loss between -10°C and +7°C.

The Impact on Heat Pump Performance

When designing or calculating heat pump requirements, it’s essential to note that as the outdoor temperature drops, the capacity of the heat pump also drops. Conversely, when the outdoor temperature is higher, the heat pump’s capacity increases (in most of the models, T-Cap is different). An oversized heat pump may not modulate low enough to match your home’s lower heat loss at higher outdoor temperatures.

Consider a Panasonic 9 kW T-Cap heat pump. At -7°C, it can modulate from 3 to 9 kW, offering a wide range of modulation. However, at +7°C, it modulates from 4 to 9 kW. Our example house requires around 4 kW at +7°C, placing it at the edge of the modulation range. This pump can cover the heat loss at both -10°C and +7°C due to its wide modulation range.

The Importance of Proper Sizing

However, if the water flow rate is insufficient (or the house may require a lower load) and in that case, a heat pump potentially leads to ON/OFF compressor cycling. Understanding the correlation between modulation, capacity, and your house’s heat requirements is crucial.

It’s often better to size the heat pump closer to the lower end of the capacity range for the coldest expected temperatures, supplemented with electrical heating elements if necessary. For example, a 12 kW heat pump in our 200 m2 house may only modulate down to 5 kW at +7°C, while the house needs only 4 kW. This mismatch can cause the compressor to cycle on and off frequently, reducing efficiency.

Conclusion

The key takeaway is to understand the relationship between modulation, outdoor temperature, and compressor frequency. Oversizing a heat pump can lead to inefficiency and frequent cycling.

If still not, please subscribe to the YouTube channel: HVAC Education Hub