Грејање и хлађење са топлотном пумпом-Део 1

Увод

Ако истражујете опције за загревање и хлађење вашег дома или смањење рачуна за енергију, можда бисте желели да размислите о систему топлотне пумпе. Топлотне пумпе су доказана и поуздана технологија у Канади, способна да обезбеди контролу удобности током целе године у вашем дому снабдевањем топлотом зими, хлађењем лети, а у неким случајевима и загревањем топле воде за ваш дом.

Топлотне пумпе могу бити одличан избор у разним применама, како за нове домове тако и за реконструкцију постојећих система грејања и хлађења. Они су такође опција када се замењују постојећи системи климатизације, јер су додатни трошкови преласка са система само за хлађење на топлотну пумпу често прилично ниски. С обзиром на богатство различитих типова и опција система, често може бити тешко одредити да ли је топлотна пумпа права опција за ваш дом.

Ако размишљате о топлотној пумпи, вероватно имате неколико питања, укључујући:

• Које врсте топлотних пумпи су доступне?
• Колико мојих годишњих потреба за грејањем и хлађењем може да обезбеди топлотна пумпа?
• Која величина топлотне пумпе ми је потребна за мој дом и примену?
• Колико коштају топлотне пумпе у поређењу са другим системима и колико могу да уштедим на свом рачуну за енергију?
• Да ли ћу морати да извршим додатне измене у свом дому?
• Колико сервисирања ће бити потребно за систем?

Ова брошура пружа важне чињенице о топлотним пумпама које ће вам помоћи да будете више информисани, подржавајући вас да направите прави избор за ваш дом. Користећи ова питања као водич, ова брошура описује најчешће типове топлотних пумпи и разматра факторе који су укључени у избор, инсталирање, рад и одржавање топлотне пумпе.

Циљана публика

Ова брошура је намењена власницима кућа који траже основне информације о технологијама топлотних пумпи како би подржали доношење одлука у вези са избором и интеграцијом система, радом и одржавањем. Овде наведене информације су опште, а специфични детаљи могу да варирају у зависности од ваше инсталације и типа система. Ова брошура не би требало да замени рад са извођачем или енергетским саветником, који ће обезбедити да ваша инсталација испуњава ваше потребе и жељене циљеве.

Напомена о управљању енергијом у кући

Топлотне пумпе су веома ефикасни системи за грејање и хлађење и могу значајно смањити ваше трошкове енергије. У размишљању о дому као систему, препоручује се да се губици топлоте из вашег дома сведу на минимум из области као што су цурење ваздуха (кроз пукотине, рупе), лоше изоловани зидови, плафони, прозори и врата.

Прво решавање ових проблема може вам омогућити да користите мању величину топлотне пумпе, смањујући на тај начин трошкове опреме топлотне пумпе и омогућавајући вашем систему да ради ефикасније.

Бројне публикације које објашњавају како да се то уради су доступне од Натурал Ресоурцес Цанада.

Шта је топлотна пумпа и како ради?

Топлотне пумпе су доказана технологија која се деценијама користи, како у Канади, тако и широм света, за ефикасно обезбеђење грејања, хлађења, а у неким случајевима и топле воде у зградама. У ствари, вероватно је да свакодневно комуницирате са технологијом топлотне пумпе: фрижидери и клима уређаји раде користећи исте принципе и технологију. Овај одељак представља основе рада топлотне пумпе и представља различите типове система.

Основни концепти топлотне пумпе

Топлотна пумпа је уређај на електрични погон који извлачи топлоту из места ниске температуре (извор) и испоручује је на место са вишом температуром (судопер).

Да бисте разумели овај процес, размислите о вожњи бициклом преко брда: Није потребан никакав напор да се иде од врха брда до дна, јер ће се бицикл и возач природно кретати са високог места на ниже. Међутим, пењање узбрдо захтева много више посла, јер се бицикл креће супротно природном правцу кретања.

На сличан начин, топлота природно тече са места са вишом температуром на места са нижим температурама (нпр. зими се топлота из унутрашњости зграде губи ка споља). Топлотна пумпа користи додатну електричну енергију да би се супротставила природном току топлоте и пумпа енергију доступну на хладнијем месту на топлије.

Дакле, како топлотна пумпа загрева или хлади ваш дом? Како се енергија извлачи из извора, температура извора се смањује. Ако се дом користи као извор, топлотна енергија ће бити уклоњена, хладећи овај простор. Овако ради топлотна пумпа у режиму хлађења, а по истом принципу користе клима уређаји и фрижидери. Слично томе, како се енергија додаје у судопер, његова температура се повећава. Ако се дом користи као судопер, топлотна енергија ће бити додата, загревајући простор. Топлотна пумпа је потпуно реверзибилна, што значи да може и да греје и хлади ваш дом, пружајући удобност током целе године.

Извори и понори за топлотне пумпе

Одабир извора и понора за ваш систем топлотне пумпе увелико утиче на одређивање перформанси, капиталних трошкова и оперативних трошкова вашег система. Овај одељак пружа кратак преглед уобичајених извора и понора за стамбене апликације у Канади.

Извори: За грејање домова топлотним пумпама у Канади најчешће се користе два извора топлотне енергије:

• Извор ваздуха: Топлотна пумпа црпи топлоту из спољашњег ваздуха током грејне сезоне и одбија топлоту споља током летње сезоне хлађења.
• Може бити изненађујуће знати да чак и када су спољашње температуре ниске, још увек је на располагању добар део енергије која се може извући и испоручити у зграду. На пример, садржај топлоте ваздуха на -18°Ц једнак је 85% топлоте садржане на 21°Ц. Ово омогућава топлотној пумпи да обезбеди добар део грејања, чак и током хладнијег времена.
• Системи извора ваздуха су најчешћи на канадском тржишту, са преко 700.000 инсталираних јединица широм Канаде.
• О овом типу система се детаљније говори у одељку Топлотне пумпе за ваздух.
• Приземни извор: Топлотна пумпа из земље користи земљу, подземну воду или обоје као извор топлоте зими, и као резервоар за одбијање топлоте уклоњене из куће током лета.
• Ове топлотне пумпе су мање уобичајене од јединица са извором ваздуха, али се све више користе у свим провинцијама Канаде. Њихова примарна предност је што нису подложни екстремним температурним флуктуацијама, користећи тло као извор константне температуре, што резултира енергетски најефикаснијим типом система топлотне пумпе.
• О овом типу система детаљније се говори у одељку Топлотне пумпе из земље.

Умиваоници: Два судопера за топлотну енергију се најчешће користе за грејање домова топлотним пумпама у Канади:

• Ваздух у затвореном простору се загрева помоћу топлотне пумпе. То се може урадити кроз: Вода у згради се загрева. Ова вода се затим може користити за опслуживање терминалних система као што су радијатори, зрачећи под или вентилоконвектори преко хидрауличког система.
  • Систем са централним каналима или
  • Унутрашња јединица без канала, као што је зидна јединица.

Увод у ефикасност топлотне пумпе

Пећи и котлови обезбеђују загревање простора додавањем топлоте ваздуху сагоревањем горива као што је природни гас или лож уље. Иако се ефикасност стално побољшава, она и даље остаје испод 100%, што значи да се не користи сва расположива енергија из сагоревања за загревање ваздуха.

Топлотне пумпе раде на другом принципу. Улаз електричне енергије у топлотну пумпу се користи за пренос топлотне енергије између две локације. Ово омогућава топлотној пумпи да ради ефикасније, са типичном ефикасношћу

100%, односно производи се више топлотне енергије од количине електричне енергије која се користи за њено пумпање.

Важно је напоменути да ефикасност топлотне пумпе у великој мери зависи од температуре извора и понора. Баш као што стрмије брдо захтева више напора за пењање на бицикл, веће температурне разлике између извора и понора топлотне пумпе захтевају да ради јаче и може смањити ефикасност. Одређивање праве величине топлотне пумпе да би се максимизирала сезонска ефикасност је критично. Ови аспекти су детаљније размотрени у одељцима Топлотне пумпе ваздушног извора и Топлотне пумпе из земље.

Терминологија ефикасности

У каталозима произвођача се користе различите метрике ефикасности, што може учинити да разумевање перформанси система буде донекле збуњујуће за купца који први пут купује. Испод је преглед неких најчешће коришћених термина ефикасности:

Метрике стабилног стања: Ове мере описују ефикасност топлотне пумпе у 'стабилном стању', тј. без реалних флуктуација у сезони и температури. Као такве, њихова вредност се може значајно променити како се мењају температуре извора и понора, као и други оперативни параметри. Показатељи стабилног стања укључују:

Коефицијент перформанси (ЦОП): ЦОП је однос између брзине којом топлотна пумпа преноси топлотну енергију (у кВ) и количине електричне енергије потребне за пумпање (у кВ). На пример, ако је топлотна пумпа користила 1 кВ електричне енергије за пренос 3 кВ топлоте, ЦОП би био 3.

Однос енергетске ефикасности (ЕЕР): ЕЕР је сличан ЦОП и описује ефикасност хлађења топлотне пумпе у стабилном стању. Одређује се дељењем капацитета хлађења топлотне пумпе у Бту/х са уложеном електричном енергијом у ватима (В) на одређеној температури. ЕЕР је стриктно повезан са описивањем ефикасности хлађења у стационарном стању, за разлику од ЦОП који се може користити за изражавање ефикасности топлотне пумпе у грејању и хлађењу.

Сезонске метрике перформанси: Ове мере су дизајниране да дају бољу процену учинка током сезоне грејања или хлађења, укључивањем варијација температура у „стварном животу“ током сезоне.

Сезонски показатељи укључују:

• Фактор сезонских перформанси грејања (ХСПФ): ХСПФ је однос количине енергије коју топлотна пумпа испоручује згради током целе грејне сезоне (у Бту), према укупној енергији (у ватима) коју користи током истог периода.

Карактеристике временских података дугорочних климатских услова користе се за представљање грејне сезоне у израчунавању ХСПФ. Међутим, овај прорачун је обично ограничен на један регион и можда неће у потпуности представљати учинак широм Канаде. Неки произвођачи могу да обезбеде ХСПФ за другу климатску регију на захтев; међутим, типично се ХСПФ-ови пријављују за Регион 4, који представља климу сличну средњем западу САД. Регион 5 би покривао већину јужне половине провинција у Канади, од унутрашњости БЦ до Нев БрунсвицкФоотноте1.

• Однос сезонске енергетске ефикасности (СЕЕР): СЕЕР мери ефикасност хлађења топлотне пумпе током целе сезоне хлађења. Одређује се дељењем укупног хлађења током сезоне хлађења (у Бту) са укупном енергијом коју топлотна пумпа користи за то време (у ват-сатима). СЕЕР се заснива на клими са просечном летњом температуром од 28°Ц.

Важна терминологија за системе топлотних пумпи

Ево неких уобичајених појмова на које можете наићи док истражујете топлотне пумпе.

Компоненте система топлотне пумпе

Расхладно средство је течност која циркулише кроз топлотну пумпу, наизменично апсорбујући, транспортујући и ослобађајући топлоту. У зависности од локације, течност може бити течна, гасовита или мешавина гаса и паре

Реверзни вентил контролише смер протока расхладног средства у топлотној пумпи и мења топлотну пумпу из режима грејања у режим хлађења или обрнуто.

Завојница је петља или петље од цеви где се одвија пренос топлоте између извора/сопера и расхладног средства. Цеви могу имати ребра за повећање површине доступне за размену топлоте.

Испаривач је завојница у којој расхладно средство апсорбује топлоту из свог окружења и кључа да постане пара ниске температуре. Како расхладно средство пролази од реверзног вентила до компресора, акумулатор сакупља сав вишак течности који није испарио у гас. Међутим, све топлотне пумпе немају акумулатор.

Компресор стисне молекуле расхладног гаса заједно, повећавајући температуру расхладног средства. Овај уређај помаже у преносу топлотне енергије између извора и судопера.

Кондензатор је завојница у којој расхладно средство одаје топлоту својој околини и постаје течност.

Експанзиони уређај снижава притисак који ствара компресор. Ово доводи до пада температуре и расхладно средство постаје мешавина пара/течности ниске температуре.

Спољна јединица је место где се топлота преноси на/са спољашњег ваздуха у топлотној пумпи са извором ваздуха. Ова јединица углавном садржи намотај измењивача топлоте, компресор и експанзиони вентил. Изгледа и ради на исти начин као спољни део клима уређаја.

Унутрашњи калем је место где се топлота преноси на/са унутрашњег ваздуха у одређеним типовима топлотних пумпи са извором ваздуха. Генерално, унутрашња јединица садржи калем измењивача топлоте, а такође може укључивати и додатни вентилатор за циркулацију загрејаног или охлађеног ваздуха у заузетом простору.

Пленум, који се види само у каналским инсталацијама, део је мреже за дистрибуцију ваздуха. Пленум је ваздушни простор који чини део система за дистрибуцију загрејаног или охлађеног ваздуха кроз кућу. Обично је то велики одељак непосредно изнад или око измењивача топлоте.

Други услови

Јединице мере за капацитет или потрошњу енергије:

• Бту/х, или британска термална јединица по сату, је јединица која се користи за мерење топлотне снаге система грејања. Један Бту је количина топлотне енергије коју даје типична рођенданска свећа. Ако би се ова топлотна енергија ослободила током једног сата, то би било еквивалентно једном Бту/х.
• кВ, или киловат, једнак је 1000 вати. Ово је количина енергије која је потребна за десет сијалица од 100 вати.
• Тона је мера капацитета топлотне пумпе. То је еквивалентно 3,5 кВ или 12 000 Бту/х.

Топлотне пумпе за ваздух

Топлотне пумпе са ваздушним извором користе спољашњи ваздух као извор топлотне енергије у режиму грејања и као понор за одбијање енергије када су у режиму хлађења. Ове врсте система се генерално могу класификовати у две категорије:

Ваздух-ваздух топлотне пумпе. Ове јединице загревају или хладе ваздух у вашем дому и представљају огромну већину интеграција топлотних пумпи са извором ваздуха у Канади. Могу се даље класификовати према врсти инсталације:

• Канал: Унутрашњи калем топлотне пумпе се налази у каналу. Ваздух се загрева или хлади проласком преко завојнице, пре него што се дистрибуира преко канала на различите локације у кући.
• Без канала: Унутрашњи калем топлотне пумпе се налази у унутрашњој јединици. Ове унутрашње јединице се углавном налазе на поду или зиду заузетог простора и директно загревају или хладе ваздух у том простору. Међу овим јединицама можете видети термине мини- и мулти-сплит:
  • Мини-Сплит: Једна унутрашња јединица се налази унутар куће, коју опслужује једна спољна јединица.
  • Мулти-Сплит: Више унутрашњих јединица се налази у кући, а опслужује их једна спољна јединица.

Системи ваздух-ваздух су ефикаснији када је мања температурна разлика између унутрашње и спољашње. Због тога топлотне пумпе ваздух-ваздух углавном покушавају да оптимизују своју ефикасност обезбеђивањем веће количине топлог ваздуха и загревањем тог ваздуха на нижу температуру (обично између 25 и 45°Ц). Ово је у супротности са системима пећи, који испоручују мању запремину ваздуха, али тај ваздух загревају на више температуре (између 55°Ц и 60°Ц). Ако прелазите на топлотну пумпу из пећи, то ћете можда приметити када почнете да користите своју нову топлотну пумпу.

Топлотне пумпе ваздух-вода: Мање уобичајене у Канади, топлотне пумпе ваздух-вода загревају или хладе воду, а користе се у домовима са хидрауличким (на бази воде) дистрибутивним системима као што су нискотемпературни радијатори, зрачећи подови или вентилоконвектори. У режиму грејања, топлотна пумпа обезбеђује топлотну енергију хидрауличком систему. Овај процес је обрнут у режиму хлађења, а топлотна енергија се извлачи из хидрауличког система и одбацује у спољашњи ваздух.

Радне температуре у хидрауличном систему су критичне када се процењују топлотне пумпе ваздух-вода. Топлотне пумпе ваздух-вода раде ефикасније када се вода загрева на ниже температуре, односно испод 45 до 50°Ц, и као такве се боље уклапају са зрачећим подовима или системима вентилатор конвектора. Треба бити опрезан ако размишљате о њиховој употреби са радијаторима високе температуре који захтевају температуру воде изнад 60°Ц, пошто ове температуре генерално превазилазе границе већине топлотних пумпи за становање.

Главне предности топлотних пумпи са ваздушним извором

Инсталирање топлотне пумпе са ваздушним извором може вам понудити бројне предности. Овај одељак истражује како топлотне пумпе са извором ваздуха могу имати користи од енергетског отиска вашег домаћинства.

Ефикасност

Главна предност коришћења топлотне пумпе са извором ваздуха је висока ефикасност коју може да обезбеди у грејању у поређењу са типичним системима као што су пећи, бојлери и електричне плоче. На 8°Ц, коефицијент перформанси (ЦОП) топлотних пумпи са ваздушним извором обично се креће између 2,0 и 5,4. То значи да се за јединице са ЦОП од 5, 5 киловат сати (кВх) топлоте преноси за сваки кВх електричне енергије испорученој топлотној пумпи. Како спољна температура ваздуха пада, ЦОП су нижи, јер топлотна пумпа мора да ради преко веће температурне разлике између унутрашњег и спољашњег простора. На –8°Ц, ЦОП се може кретати од 1,1 до 3,7.

На сезонској основи, фактор сезонских перформанси грејања (ХСПФ) јединица доступних на тржишту може да варира од 7,1 до 13,2 (Регион В). Важно је напоменути да су ове процене ХСПФ-а за подручје са климом сличном Отави. Стварне уштеде у великој мери зависе од локације ваше инсталације топлотне пумпе.

Уштеда енергије

Већа ефикасност топлотне пумпе може довести до значајног смањења потрошње енергије. Стварне уштеде у вашој кући зависиће од бројних фактора, укључујући вашу локалну климу, ефикасност вашег тренутног система, величину и тип топлотне пумпе и стратегију управљања. Доступни су многи онлајн калкулатори који пружају брзу процену колико уштеде енергије можете очекивати за вашу конкретну апликацију. НРЦан-ов АСХП-Евал алат је бесплатно доступан и могу га користити инсталатери и машински дизајнери да вам помогну у саветовању о вашој ситуацији.

Како ради топлотна пумпа са ваздушним извором?

Препис

Топлотна пумпа са извором ваздуха има три циклуса:

• Циклус грејања: обезбеђивање топлотне енергије у згради
• Циклус хлађења: Уклањање топлотне енергије из зграде
• Циклус одмрзавања: Уклањање мраза
• нагомилавање на спољним калемовима

Тхе Хеатинг Цицле

Напомена:

Неки од чланака су преузети са интернета. Ако постоји било какво кршење, контактирајте нас да га избришемо. Ако сте заинтересовани за производе топлотне пумпе, слободно контактирајте компанију ОСБ топлотних пумпи, ми смо ваш најбољи избор.