- Startpagina
- Service en ondersteuning
- Casusverhalen
- Componenten voor warmtepompen – deel 5: vierweg-omkeerkleppen
Zondag 1 juli 2012
Vierweg-omkeerkleppen worden gebruikt om de cyclus van één-op-één warmtepompsystemen volledig om te keren. Dergelijke kleppen kunnen worden gebruikt om het gebruik van het systeem voor zowel verwarming als koeling te vergemakkelijken, of om een effectieve en energetisch geoptimaliseerde ontdooimethode te bieden.
Bouw
Een vierweg-omkeerklep heeft vier leidingaansluitingen, waarvan drie aan de ene kant en de vierde aan de andere kant, waarbij de drie koperen aansluitingen een grotere diameter hebben dan die aan de andere kant. De middelste van de drie aansluitingen met een grote diameter bevindt zich permanent aan de zuigzijde en de enkele aansluiting met een kleine diameter bevindt zich permanent aan de hogedrukzijde. Omdat de overige twee aan de zuig- of hogedrukzijde kunnen zitten - afhankelijk van hoe de unit op dat moment is geschakeld - zijn ze even groot gemaakt als de permanente zuigaansluiting om rekening te houden met drukverliezen. Een vierwegklep heeft ook een elektromagnetische stuurklep met een spoel die kan worden aangedreven om de stroomrichting van het koelmiddel te veranderen. Er zijn kleine stuuraansluitingen tussen de klepaansluiting met kleine diameter en de magneetstuurklep en van daaruit naar de centrale connector met grote diameter.
Voor de volgende beschrijving gaan we ervan uit dat de kleine (hogedruk) aansluiting naar boven wijst, de drie andere aansluitingen naar beneden wijzen, en dat de kleine solenoïde stuurklep en zijn spoel aan de voorkant van de unit te zien zijn. Een standaard vierwegklep heeft slechts twee schakelstanden – er zijn geen tussenstanden. In schakelstand 1 staat er geen spanning op de spoel van het magneetstuurventiel. In deze positie komt heet gas onder hoge druk uit de stuurleiding van de smallere connector van rechts de kamer binnen die het schuifmechanisme bevat. Tegelijkertijd kan de druk aan de linkerkant van de schuifkamer worden ontlast via de permanente zuigaansluiting, waardoor het gas wordt afgevoerd naar de lagedrukzijde. Hierdoor wordt de schuifregelaar naar links verplaatst en worden de hoofdpaden bovenaan geopend, die naar rechts en van links naar het midden leiden. In schakelstand 2 baant het hete gas zich van boven naar links, terwijl gelijktijdig zuiggas van rechts naar beneden naar het midden kan stromen. Dit wordt bereikt door netspanning aan te leggen om de spoel van de solenoïde stuurklep te activeren, zodat gas onder hoge druk vanaf de linkerkant in de schuifkamer wordt ingebracht. Hierdoor kan via de centrale hoofdaansluiting onderaan de rechterdruk ontlast worden waardoor de schuif naar rechts verschuift.
Drukverliezen en dimensionering
Drukverliezen zijn altijd belangrijk als het gaat om het dimensioneren van klepsystemen. Een te grote drukval heeft meestal een nadelig effect op de energie-efficiëntie van de warmtepomp, terwijl een te kleine drukval bijvoorbeeld het verder stabiele gedrag van een servogestuurde magneetklep kan verstoren. Geen van deze overwegingen is zo belangrijk voor vierwegkleppen. Minimale drukverliezen aan de druk- of zuigzijde zijn geen probleem voor vierweg-omkeerkleppen, omdat het schuifmechanisme dat de klep daadwerkelijk omschakelt, wordt aangedreven door het drukverschil tussen de hogedruk- en lagedrukzijde van de koelinstallatie. Dit ligt hier voor de hand omdat dit type klep zich op het grensvlak tussen de hoge en lage druk bevindt, wat normaal niet het geval is voor de kleppen in een conventionele warmtepomp met droge expansie die de externe druk regelen. De daadwerkelijke drukval tussen bijvoorbeeld de koelmiddelinlaat en -uitlaat aan de zuigzijde is daarom niet cruciaal voor een betrouwbare klepwerking. De kwestie van "overmatige drukval" is ook nauwelijks een overweging voor Danfoss-Saginomiya vierwegkleppen, mits het ontwerp in de eerste plaats is afgestemd op de afmetingen van de zuigleiding. Als de vierwegklep wordt gekozen die past bij de maat van deze leiding, krijgt u over het algemeen een klep met vrij matige drukval, maar het is toch raadzaam om de geschikte prestatietabellen te raadplegen om te controleren of de geselecteerde klep groot genoeg is. Het primaire criterium moet de diameter van de leiding aan de zuigzijde blijven, anders moet de fabrikant van de warmtepomp op drie aansluitingen verloopstukken monteren, wat niet alleen extreem duur, maar ook nogal lelijk is.
Configuratie
Dit type klep is geïntegreerd in zowel de heetgas- als de zuigleiding van een warmtepomp, waarbij de twee permanente aansluitingen – d.w.z. de pijpleiding die altijd het hete gas voert, ongeacht de klepstand en degene die altijd de zuigleiding is – voor de installatie bijzonder gemakkelijk te onderscheiden zijn. De heetgasleiding van de compressor gaat naar de smalle connector op de vierwegklep, terwijl de zuigleiding naar de compressor wordt aangesloten op de middelste van de bredere connectoren. Deze twee pijpleidingen tussen de klep en de compressor veranderen nooit van functie. In dit verband is het belangrijk op te merken dat de externe drukvereffening van een expansieventiel altijd moet worden aangesloten op de permanente zuigleiding, dat wil zeggen de leiding van de middelste van de grote diameter aansluitingen op de vierwegkleppen. Gebeurt dit niet, dan komt de externe drukvereffening onder een veel te hoge druk te staan, waardoor het expansieventiel niet alleen niet meer functioneert (door het geforceerd dicht te houden), maar ook blijvend kan beschadigen. Er blijven de twee buitenste aansluitingen met een grote diameter over, soms aan de hoge- en soms aan de lagedrukzijde.
Installatie
Als de klep wordt geïnstalleerd met behulp van standaard soldeermethoden (koper-koperverbinding, soldeerlegering zoals SilFos 15), moet u zeker het volgende in acht nemen: De echte koperen verbindingsstukken die u over het algemeen op dit type klep aantreft, zijn zeer geschikt voor het solderen aan koperen leidingen, maar de uitstekende thermische geleidbaarheid van koper en de precieze pasvorm van het schuifmechanisme maken het buitengewoon belangrijk om de warmte die tijdens het soldeerproces op de klep wordt uitgeoefend, te minimaliseren. Houd daarom altijd een koude natte doek om de klep gewikkeld terwijl deze op zijn plaats wordt gesoldeerd. Zodra deze hindernis is overwonnen, zult u merken dat de vierwegklep een betrouwbaar functionerend onderdeel is gedurende de gehele levenscyclus van uw warmtepomp.
Sollicitatie
Vierwegkleppen worden gebruikt om de cyclus van één-op-één warmtepompen om te keren. Hierdoor wordt de verdamper een condensor en de condensor een verdamper. Ook voor lucht-lucht warmtepompen die in de zomer worden ingezet voor koeling en in overgangsperioden voor verwarming is deze mogelijkheid zeer welkom. Terwijl de vierwegklep in de zomer nauwelijks nodig zal zijn, terwijl het systeem in de koelmodus staat, kan het in de winter nodig zijn om de cyclus om te keren om het systeem te ontdooien. Vierwegkleppen bieden een uiterst efficiënte manier om zowel lucht-lucht- als lucht-water-warmtepompen te ontdooien. Door de cyclus van een één-op-één systeem om te keren, kan de verdamper, die een condensor is geworden, van binnenuit worden ontdooid. Dit betekent dat er geen warmte aan het verdamperpakket hoeft te worden toegevoerd door middel van een elektrische verwarming, maar dat het hete gas door de bevroren leidingen wordt geleid. Dit ontdooit het systeem uitermate goed en is qua snelheid, energieverbruik en gerichte verwarming nauwelijks te verslaan.
Conclusie
Vierwegkleppen zijn componenten die een uiterst efficiënte manier bieden om lucht-lucht- en lucht-water-warmtepompen te ontdooien. Volledige omkering van de cyclus maakt het mogelijk om het systeem ook te gebruiken voor koeling. Het ontwerp is helemaal niet ingewikkeld en volgt uit de afmetingen van de zuigleiding, zonder dat u zich zorgen hoeft te maken over minimale drukverliezen.
