вступ
Якщо ви шукаєте варіанти обігріву та охолодження свого будинку або скорочення рахунків за електроенергію, ви можете розглянути систему теплового насоса. Теплові насоси є перевіреною та надійною технологією в Канаді, яка здатна забезпечити цілорічний контроль комфорту у вашому домі, постачаючи тепло взимку, охолоджуючи влітку, а в деяких випадках нагріваючи гарячу воду для вашого будинку.
Теплові насоси можуть бути чудовим вибором у різноманітних сферах застосування, як для нових будинків, так і для модернізації існуючих систем опалення та охолодження. Вони також є варіантом при заміні існуючих систем кондиціонування повітря, оскільки додаткові витрати на перехід від системи лише охолодження до теплового насосу часто досить низькі. Враховуючи велику кількість різних типів систем і варіантів, часто буває важко визначити, чи тепловий насос є правильним вибором для вашого будинку.
Якщо ви розглядаєте тепловий насос, у вас, імовірно, виникне низка запитань, зокрема:
- Які типи теплових насосів існують?
- Яку частину моїх річних потреб в опаленні та охолодженні може забезпечити тепловий насос?
- Який розмір теплового насоса мені потрібен для дому та застосування?
- Скільки коштують теплові насоси порівняно з іншими системами, і скільки я міг би заощадити на рахунку за електроенергію?
- Чи потрібно буде робити додаткові зміни в моєму будинку?
- Скільки обслуговування потребуватиме система?
Цей буклет містить важливі факти про теплові насоси, які допоможуть вам бути більш поінформованими та допоможуть зробити правильний вибір для вашого будинку. Використовуючи ці запитання як керівництво, у цій брошурі описані найпоширеніші типи теплових насосів і обговорюються фактори, залучені до вибору, встановлення, експлуатації та обслуговування теплового насоса.
Цільова аудиторія
Ця брошура призначена для власників будинків, які шукають довідкову інформацію про технології теплових насосів для підтримки прийняття обґрунтованих рішень щодо вибору та інтеграції системи, експлуатації та обслуговування. Інформація, надана тут, є загальною, а конкретні деталі можуть відрізнятися залежно від вашої установки та типу системи. Цей буклет не повинен замінити роботу з підрядником або консультантом з питань енергетики, який переконається, що ваша установка відповідає вашим потребам і бажаним цілям.
Пам'ятка про енергоменеджмент у домі
Теплові насоси є дуже ефективними системами опалення та охолодження і можуть значно скоротити ваші витрати на електроенергію. Розглядаючи будинок як систему, рекомендується звести до мінімуму втрати тепла з вашого будинку через такі місця, як витік повітря (через щілини, отвори), погано ізольовані стіни, стелі, вікна та двері.
Перше вирішення цих проблем може дозволити вам використовувати тепловий насос меншого розміру, тим самим зменшуючи витрати на обладнання для теплового насоса та дозволяючи вашій системі працювати ефективніше.
Управління природних ресурсів Канади опублікувало ряд публікацій, які пояснюють, як це зробити.
Що таке тепловий насос і як він працює?
Теплові насоси — це перевірена технологія, яка десятиліттями використовується як у Канаді, так і в усьому світі для ефективного опалення, охолодження, а в деяких випадках і гарячої води в будівлях. Фактично, цілком імовірно, що ви щодня взаємодієте з технологією теплового насоса: холодильники та кондиціонери працюють за однаковими принципами та технологією. У цьому розділі представлено основи роботи теплового насоса та представлено різні типи систем.
Тепловий насос Основні поняття
Тепловий насос — це пристрій з електричним приводом, який забирає тепло з місця з низькою температурою (джерело) і передає його в місце з вищою температурою (злив).
Щоб зрозуміти цей процес, подумайте про поїздку на велосипеді через пагорб: не потрібно докладати жодних зусиль, щоб переїхати з вершини пагорба на низ, оскільки велосипед і водій природно рухатимуться з високого місця на нижче. Однак підйом на гору вимагає набагато більше роботи, оскільки велосипед рухається проти природного напрямку руху.
Подібним чином тепло природним шляхом переходить від місць з вищою температурою до місць з нижчою (наприклад, взимку тепло зсередини будівлі втрачається назовні). Тепловий насос використовує додаткову електричну енергію, щоб протидіяти природному потоку тепла, і перекачує енергію, доступну в холоднішому місці, у тепліше.
Отже, як тепловий насос обігріє чи охолодить ваш будинок? Коли енергія витягується з джерела, температура джерела знижується. Якщо в якості джерела використовується будинок, теплова енергія буде видалятися, охолоджуючи цей простір. Таким чином тепловий насос працює в режимі охолодження, за таким же принципом працюють кондиціонери та холодильники. Так само, коли до раковини додається енергія, її температура підвищується. Якщо будинок використовується як раковина, теплова енергія буде додана, нагріваючи простір. Тепловий насос є повністю реверсивним, тобто він може як обігрівати, так і охолоджувати ваш дім, забезпечуючи комфорт цілий рік.
Джерела та поглиначі для теплових насосів
Вибір джерела та поглинача для вашої системи теплового насоса значною мірою впливає на продуктивність, капітальні та експлуатаційні витрати вашої системи. У цьому розділі наведено короткий огляд поширених джерел і поглиначів для житлових приміщень у Канаді.
Джерела: Для опалення будинків тепловими насосами в Канаді найчастіше використовуються два джерела теплової енергії:
- Джерело повітря: Тепловий насос забирає тепло із зовнішнього повітря під час опалювального сезону та відводить тепло назовні протягом літнього сезону охолодження.
- Може бути дивно знати, що навіть при низькій зовнішній температурі все ще доступна велика кількість енергії, яку можна отримати та доставити в будівлю. Наприклад, вміст тепла в повітрі при -18°C дорівнює 85% тепла, що міститься при 21°C. Це дозволяє тепловому насосу забезпечувати хороший рівень опалення навіть у холодну погоду.
- Системи джерела повітря є найпоширенішими на канадському ринку, з понад 700 000 встановлених одиниць по всій Канаді.
- Цей тип системи більш детально розглядається в розділі «Повітряні теплові насоси».
- Земля: тепловий насос із землею використовує землю, ґрунтові води або обидва як джерело тепла взимку та як резервуар для відведення тепла, що відводиться з дому влітку.
- Ці теплові насоси менш поширені, ніж агрегати з повітряним джерелом, але набувають все більшого поширення в усіх провінціях Канади. Їх головна перевага полягає в тому, що вони не піддаються екстремальним коливанням температури, використовуючи землю як джерело постійної температури, що призводить до найбільш енергоефективного типу системи теплового насоса.
- Цей тип системи більш детально розглядається в розділі «Наземні теплові насоси».
Раковини: Два раковини для теплової енергії найчастіше використовуються для опалення будинків тепловими насосами в Канаді:
- Повітря в приміщенні нагрівається тепловим насосом. Це можна зробити за допомогою: Нагрівання води всередині будівлі. Цю воду потім можна використовувати для обслуговування кінцевих систем, таких як радіатори, радіаційна підлога або фанкойли через гідравлічну систему.
- Система з центральним каналом або
- Внутрішній блок без каналів, наприклад настінний блок.
Вступ до ефективності теплового насоса
Печі та котли забезпечують опалення приміщень шляхом додавання тепла в повітря за рахунок спалювання палива, такого як природний газ або мазут. Хоча ефективність постійно підвищується, вона все ще залишається нижчою за 100%, що означає, що не вся доступна енергія від спалювання використовується для нагрівання повітря.
Теплові насоси працюють за іншим принципом. Електроенергія, що надходить у тепловий насос, використовується для передачі теплової енергії між двома місцями. Це дозволяє тепловому насосу працювати ефективніше, з типовим ККД значно вище
100%, тобто виробляється більше теплової енергії, ніж кількість електроенергії, яка витрачається на її перекачування.
Важливо відзначити, що ефективність теплового насоса значною мірою залежить від температури джерела та поглинача. Подібно до того, як крутіший пагорб вимагає більше зусиль, щоб піднятися на велосипеді, більша різниця температур між джерелом і поглиначем теплового насоса вимагає від нього більшої роботи, що може знизити ефективність. Визначення правильного розміру теплового насоса для максимізації сезонної ефективності має вирішальне значення. Більш детально ці аспекти розглядаються в розділах «Теплові насоси повітря-джерело» та «Теплові насоси земля-джерело».
Термінологія ефективності
У каталогах виробників використовуються різноманітні показники ефективності, які можуть дещо заплутати розуміння продуктивності системи для покупців, які вперше. Нижче наведено розбивку деяких загальновживаних термінів ефективності:
Стаціонарні показники: Ці показники описують ефективність теплового насоса в «стаціонарному стані», тобто без реальних коливань сезону та температури. Таким чином, їх значення може суттєво змінюватися в міру зміни температури джерела й поглинача, а також інших робочих параметрів. Стаціонарні показники включають:
Коефіцієнт ефективності (COP): COP — це співвідношення між швидкістю, з якою тепловий насос передає теплову енергію (у кВт), і кількістю електроенергії, необхідної для перекачування (у кВт). Наприклад, якщо тепловий насос використовує 1 кВт електроенергії для передачі 3 кВт тепла, COP дорівнюватиме 3.
Коефіцієнт енергоефективності (EER): EER подібний до COP і описує стабільну ефективність охолодження теплового насоса. Вона визначається діленням охолоджувальної потужності теплового насоса в БТЕ/год на споживану електроенергію у Ватах (Вт) за певної температури. EER суворо пов’язаний з описом стаціонарної ефективності охолодження, на відміну від COP, який можна використовувати для вираження ефективності теплового насоса як при опаленні, так і при охолодженні.
Сезонні показники продуктивності: ці показники призначені для кращої оцінки продуктивності протягом сезону опалення або охолодження, враховуючи «реальні» коливання температур протягом сезону.
Сезонні показники включають:
- Коефіцієнт сезонної ефективності опалення (HSPF): HSPF – це відношення кількості енергії, яку тепловий насос постачає в будівлю протягом повного опалювального сезону (у Btu), до загальної енергії (у ват-годинах), яку він використовує за той самий період.
Характеристики погодних даних довгострокових кліматичних умов використовуються для представлення опалювального сезону при розрахунку HSPF. Однак цей розрахунок зазвичай обмежується одним регіоном і може не повністю відображати показники в Канаді. Деякі виробники можуть надати HSPF для іншого кліматичного регіону за запитом; однак, як правило, про HSPF повідомляють для Регіону 4, що представляє клімат, схожий на Середній Захід США. Регіон 5 охоплював би більшу частину південної половини провінцій Канади, від внутрішньої частини Британської Колумбії до Нью-Брансвіка.
- Сезонний коефіцієнт енергоефективності (SEER): SEER вимірює ефективність охолодження теплового насоса протягом усього сезону охолодження. Він визначається діленням загального охолодження, яке забезпечується протягом сезону охолодження (у Btu), на загальну енергію, використану тепловим насосом протягом цього часу (у ват-годинах). SEER базується на кліматі із середньою літньою температурою 28°C.
Важлива термінологія для систем теплових насосів
Ось деякі загальні терміни, які ви можете зустріти під час вивчення теплових насосів.
Компоненти системи теплового насоса
Холодоагент – це рідина, яка циркулює через тепловий насос, по черзі поглинаючи, транспортуючи та виділяючи тепло. Залежно від свого розташування рідина може бути рідкою, газоподібною або сумішшю газу та пари
Реверсивний клапан контролює напрямок потоку холодоагенту в тепловому насосі та перемикає тепловий насос з режиму нагріву в режим охолодження або навпаки.
Змійовик — це петля або петлі трубок, де відбувається передача тепла між джерелом/приймачем і холодоагентом. Трубка може мати ребра для збільшення площі поверхні, доступної для теплообміну.
Випарник — це змійовик, у якому холодоагент поглинає тепло з навколишнього середовища та кипить, перетворюючись на пару з низькою температурою. Коли холодоагент проходить від реверсивного клапана до компресора, акумулятор збирає будь-яку надлишкову рідину, яка не випарувалася в газ. Однак не всі теплові насоси мають акумулятор.
Компресор стискає молекули холодоагенту разом, підвищуючи температуру холодоагенту. Цей пристрій допомагає передавати теплову енергію між джерелом і раковиною.
Конденсатор — це змійовик, у якому холодоагент віддає тепло навколишньому середовищу та перетворюється на рідину.
Розширювальний пристрій знижує тиск, створюваний компресором. Це спричиняє падіння температури, і холодоагент стає низькотемпературною сумішшю пари та рідини.
Зовнішній блок – це місце, де тепло передається до/від зовнішнього повітря за допомогою повітряного теплового насоса. Цей блок зазвичай містить змійовик теплообмінника, компресор і розширювальний клапан. Він виглядає та працює так само, як зовнішня частина кондиціонера.
Внутрішня батарея – це місце, де тепло передається до повітря в приміщенні та від нього в певних типах теплових насосів із джерелом повітря. Як правило, внутрішній блок містить змійовик теплообмінника, а також може включати додатковий вентилятор для циркуляції нагрітого або охолодженого повітря в житловому просторі.
Припливна камера, яку можна побачити лише в канальних установках, є частиною мережі розподілу повітря. Припливна камера – це повітряний відсік, який є частиною системи розподілу нагрітого або охолодженого повітря в будинку. Як правило, це великий відсік безпосередньо над або навколо теплообмінника.
Інші умови
Одиниці вимірювання ємності або потужності:
- БТЕ/год або британська теплова одиниця за годину — це одиниця, яка використовується для вимірювання теплової потужності системи опалення. Один Btu — це кількість теплової енергії, яку виділяє звичайна свічка на день народження. Якби ця теплова енергія виділялася протягом однієї години, це було б еквівалентно одному БТЕ/год.
- КВт, або кіловат, дорівнює 1000 Вт. Саме таку потужність потребують десять лампочок по 100 Вт.
- Тонна є мірою потужності теплового насоса. Це еквівалентно 3,5 кВт або 12 000 БТЕ/год.
Повітряні теплові насоси
Повітряні теплові насоси використовують зовнішнє повітря як джерело теплової енергії в режимі опалення та як поглинач для відведення енергії в режимі охолодження. Ці типи систем загалом можна класифікувати на дві категорії:
Теплові насоси повітря-повітря. Ці агрегати нагрівають або охолоджують повітря у вашому домі та представляють переважну більшість інтеграцій повітряних теплових насосів у Канаді. Їх можна додатково класифікувати за типом установки:
- Канал: внутрішній змійовик теплового насоса розташований у каналі. Повітря нагрівається або охолоджується, проходячи через змійовик, перш ніж розподілятися по повітроводах у різні місця в будинку.
- Без каналу: внутрішній змійовик теплового насоса розташований у внутрішньому блоці. Ці внутрішні блоки, як правило, розташовані на підлозі чи стіні зайнятого приміщення та безпосередньо нагрівають або охолоджують повітря в цьому просторі. Серед цих одиниць ви можете побачити терміни міні- та мультиспліт:
- Міні-спліт: один внутрішній блок розташований усередині будинку, обслуговується одним зовнішнім блоком.
- Мультиспліт: кілька внутрішніх блоків розташовані в будинку та обслуговуються одним зовнішнім блоком.
Системи «повітря-повітря» ефективніші, коли різниця між температурою всередині та зовні менша. Через це повітряно-повітряні теплові насоси зазвичай намагаються оптимізувати свою ефективність, надаючи більший об’єм теплого повітря та нагріваючи це повітря до нижчої температури (зазвичай від 25 до 45°C). Це контрастує з системами печей, які подають менший об’єм повітря, але нагрівають це повітря до вищих температур (між 55°C і 60°C). Якщо ви переходите на тепловий насос з печі, ви можете помітити це, коли почнете використовувати новий тепловий насос.
Теплові насоси повітря-вода: Менш поширені в Канаді теплові насоси повітря-вода нагрівають або охолоджують воду та використовуються в будинках з гідронічними (водяними) системами розподілу, такими як низькотемпературні радіатори, променисті підлоги або фанкойли. У режимі опалення тепловий насос забезпечує теплову енергію для гідравлічної системи. Цей процес змінюється в режимі охолодження, і теплова енергія відбирається з гідравлічної системи та відводиться у зовнішнє повітря.
Робочі температури в гідравлічній системі мають вирішальне значення при оцінці повітряно-водяних теплових насосів. Теплові насоси «повітря-вода» працюють ефективніше, коли нагрівають воду до нижчих температур, тобто нижче 45–50°C, і тому краще підходять для променистих підлог або систем фанкойлів. Слід бути обережним, розглядаючи їх використання з високотемпературними радіаторами, які потребують температури води вище 60°C, оскільки ці температури зазвичай перевищують обмеження більшості житлових теплових насосів.
Основні переваги повітряних теплових насосів
Встановлення повітряного теплового насоса може дати вам ряд переваг. У цьому розділі досліджується, як повітряні теплові насоси можуть принести користь вашому домашньому енергетичному сліду.
Ефективність
Основною перевагою використання повітряного теплового насоса є висока ефективність опалення, яку він може забезпечити в порівнянні зі звичайними системами, такими як печі, котли та електричні плінтуса. При 8°C коефіцієнт продуктивності (COP) повітряних теплових насосів зазвичай коливається від 2,0 до 5,4. Це означає, що для агрегатів з COP 5, 5 кіловат-годин (кВт-год) тепла передається на кожен кВт-год електроенергії, що подається тепловому насосу. Коли температура зовнішнього повітря падає, COP нижчі, оскільки тепловий насос повинен працювати при більшій різниці температур між внутрішнім і зовнішнім простором. При –8°C COP може коливатися від 1,1 до 3,7.
На сезонній основі сезонний коефіцієнт продуктивності опалення (HSPF) доступних на ринку одиниць може змінюватися від 7,1 до 13,2 (Регіон V). Важливо зазначити, що ці оцінки HSPF стосуються території з кліматом, подібним до Оттави. Фактична економія сильно залежить від місця установки теплового насоса.
Енергозбереження
Вища ефективність теплового насоса може призвести до значного скорочення використання енергії. Фактична економія у вашому домі залежатиме від ряду факторів, включаючи місцевий клімат, ефективність поточної системи, розмір і тип теплового насоса та стратегію керування. Доступно багато онлайн-калькуляторів, які забезпечують швидку оцінку очікуваної економії енергії для конкретного застосування. Інструмент ASHP-Eval від NRCan доступний у вільному доступі, і його можуть використовувати інсталятори та розробники механіки, щоб допомогти отримати консультацію щодо вашої ситуації.
Як працює повітряний тепловий насос?
Стенограма
Повітряний тепловий насос має три цикли:
- Цикл опалення: забезпечення будівлі тепловою енергією
- Цикл охолодження: видалення теплової енергії з будівлі
- Цикл розморожування: Видалення інею
- накопичення на відкритих котушках
Цикл нагрівання
Примітка:
Деякі статті взяті з Інтернету. Якщо є порушення, зв’яжіться з нами, щоб видалити його. Якщо вас цікавить продукція для теплових насосів, будь ласка, зв’яжіться з компанією з виробництва теплових насосів OSB, ми — ваш найкращий вибір.
Час публікації: 01 листопада 2022 р