Новини - Опалення та охолодження за допомогою теплового насоса

Під час опалювального циклу тепло береться із зовнішнього повітря та «накачується» в приміщення.

Спочатку рідкий холодоагент проходить через розширювальний пристрій, перетворюючись на суміш рідина/пар низького тиску. Потім він надходить до зовнішнього змійовика, який діє як змійовик випарника. Рідкий холодоагент поглинає тепло зовнішнього повітря та кипить, перетворюючись на низькотемпературну пару.
Ця пара проходить через реверсивний клапан до накопичувача, який збирає будь-яку залишкову рідину перед тим, як пара потрапить у компресор. Потім пара стискається, зменшуючи її об’єм і спричиняючи її нагрівання.
Нарешті, реверсивний клапан направляє газ, який зараз є гарячим, до внутрішнього змійовика, який є конденсатором. Тепло від гарячого газу передається повітрю в приміщенні, змушуючи холодоагент конденсуватися в рідину. Ця рідина повертається в розширювальний пристрій, і цикл повторюється. Внутрішній змійовик розташований у повітропроводі поблизу печі.

Здатність теплового насоса передавати тепло від зовнішнього повітря до будинку залежить від зовнішньої температури. Коли ця температура падає, здатність теплового насоса поглинати тепло також падає. Для багатьох установок теплового насоса з джерелом повітря це означає, що існує температура (яка називається точкою теплового балансу), коли потужність теплового насоса дорівнює тепловтратам будинку. Нижче цієї зовнішньої температури навколишнього середовища тепловий насос може забезпечити лише частину тепла, необхідного для підтримки комфорту житлового простору, і потрібне додаткове тепло.

Важливо відзначити, що переважна більшість повітряних теплових насосів мають мінімальну робочу температуру, нижче якої вони не можуть працювати. Для новіших моделей цей показник може коливатися від -15°C до -25°C. Нижче цієї температури необхідно використовувати додаткову систему для забезпечення опалення будівлі.

Цикл охолодження

Цикл, описаний вище, змінюється, щоб охолодити будинок протягом літа. Пристрій забирає тепло з повітря в приміщенні та відводить його назовні.

Як і в циклі нагрівання, рідкий холодоагент проходить через розширювальний пристрій, перетворюючись на суміш рідини та пари під низьким тиском. Потім він надходить до внутрішнього змійовика, який діє як випарник. Рідкий холодоагент поглинає тепло з повітря в приміщенні та кипить, перетворюючись на низькотемпературну пару.
Ця пара проходить через реверсивний клапан до акумулятора, який збирає залишки рідини, а потім до компресора. Потім пара стискається, зменшуючи її об’єм і спричиняючи її нагрівання.
Нарешті, газ, який зараз є гарячим, проходить через реверсивний клапан до зовнішнього змійовика, який діє як конденсатор. Тепло від гарячого газу передається зовнішньому повітрю, змушуючи холодоагент конденсуватися в рідину. Ця рідина повертається в розширювальний пристрій, і цикл повторюється.

Під час циклу охолодження тепловий насос також осушує повітря в приміщенні. Волога в повітрі, що проходить через внутрішній змійовик, конденсується на поверхні змійовика та збирається в піддоні на дні змійовика. Відвід конденсату з’єднує цю ємність із дренажем будинку.

Цикл розморожування

Якщо зовнішня температура падає майже до точки замерзання або нижче нуля, коли тепловий насос працює в режимі опалення, волога в повітрі, що проходить над зовнішнім змійовиком, конденсуватиметься та замерзатиме на ньому. Рівень інею залежить від зовнішньої температури та кількості вологи в повітрі.

Це накопичення інею знижує ефективність змійовика, зменшуючи його здатність передавати тепло холодоагенту. У якийсь момент заморозку потрібно прибрати. Для цього тепловий насос перемикається в режим розморожування. Найпоширеніший підхід:

Спочатку реверсивний клапан перемикає пристрій в режим охолодження. Це надсилає гарячий газ до зовнішнього змійовика, щоб розтопити іній. У той же час зовнішній вентилятор, який зазвичай обдуває змійовик холодним повітрям, вимикається, щоб зменшити кількість тепла, необхідного для розтоплення інею.
Поки це відбувається, тепловий насос охолоджує повітря в повітропроводі. Система опалення зазвичай нагріває це повітря, оскільки воно розподіляється по будинку.

Щоб визначити, коли пристрій переходить у режим розморожування, використовується один із двох методів:

Засоби контролю за замерзанням контролюють потік повітря, тиск холодоагенту, температуру повітря або змійовика та перепад тиску на зовнішньому змійовику, щоб виявити накопичення інею.
Часово-температурне розморожування запускається та завершується таймером із попередньо встановленим інтервалом або датчиком температури, розташованим на зовнішньому змійовику. Цикл можна запускати кожні 30, 60 або 90 хвилин, залежно від клімату та конструкції системи.

Непотрібні цикли розморожування знижують сезонну продуктивність теплового насоса. Як наслідок, метод розморожування за вимогою загалом ефективніший, оскільки він запускає цикл розморожування лише тоді, коли це потрібно.

Додаткові джерела тепла

Оскільки повітряні теплові насоси мають мінімальну зовнішню робочу температуру (від -15°C до -25°C) і знижену потужність нагріву за дуже низьких температур, важливо розглянути додаткове джерело опалення для повітряних теплових насосів. Додаткове опалення також може знадобитися, коли тепловий насос розморожується. Доступні різні варіанти:

Повністю електричні: у цій конфігурації робота теплового насоса доповнюється елементами електричного опору, розташованими в повітропроводі або електричними плінтусами. Ці резистивні елементи менш ефективні, ніж тепловий насос, але їх здатність забезпечувати обігрів не залежить від зовнішньої температури.
Гібридна система: у гібридній системі повітряний тепловий насос використовує додаткову систему, таку як піч або котел. Цей варіант можна використовувати в нових установках, а також є хорошим варіантом, якщо тепловий насос додається до існуючої системи, наприклад, коли тепловий насос встановлюється як заміна центрального кондиціонера.

Щоб отримати додаткову інформацію про системи, які використовують додаткові джерела опалення, перегляньте останній розділ цього буклету «Супутнє обладнання». Там ви можете знайти обговорення варіантів того, як запрограмувати вашу систему для переходу між використанням теплового насоса та використанням додаткового джерела тепла.

Міркування щодо енергоефективності

Щоб зрозуміти цей розділ, зверніться до попереднього розділу під назвою «Введення в ефективність теплового насоса» для пояснення того, що представляють HSPF і SEER.

У Канаді норми енергоефективності передбачають мінімальну сезонну ефективність опалення та охолодження, яка має бути досягнута, щоб продукт продавався на канадському ринку. Окрім цих правил, у вашій провінції чи території можуть бути суворіші вимоги.

Нижче наведено мінімальну продуктивність для Канади в цілому та типові діапазони для доступних на ринку продуктів для опалення та охолодження. Перед вибором системи важливо також перевірити, чи діють у вашому регіоні додаткові правила.

Сезонна продуктивність охолодження, SEER:

Мінімальний SEER (Канада): 14
Діапазон, SEER на ринку Доступні продукти: від 14 до 42

Сезонна продуктивність опалення, HSPF

Мінімальний HSPF (Канада): 7,1 (для регіону V)
Діапазон, HSPF на ринку доступних продуктів: від 7,1 до 13,2 (для регіону V)

Примітка. Коефіцієнти HSPF надано для кліматичної зони V AHRI, клімат якої подібний до Оттави. Фактична сезонна ефективність може відрізнятися залежно від вашого регіону. Наразі розробляється новий стандарт продуктивності, який має на меті краще представити продуктивність цих систем у регіонах Канади.

Фактичні значення SEER або HSPF залежать від ряду факторів, пов’язаних насамперед з конструкцією теплового насоса. Поточна продуктивність значно покращилася за останні 15 років завдяки новим розробкам у технології компресорів, конструкції теплообмінника, а також покращенню потоку та контролю холодоагенту.

Одношвидкісні та регульовані теплові насоси

Особливо важливим при розгляді ефективності є роль нових конструкцій компресорів у покращенні сезонної продуктивності. Як правило, агрегати, що працюють на мінімальному заданому SEER і HSPF, характеризуються одношвидкісними тепловими насосами. Зараз доступні повітряні теплові насоси зі змінною швидкістю, які призначені для зміни потужності системи, щоб точніше відповідати потребам будинку в опаленні/охолодженні в певний момент. Це допомагає підтримувати максимальну ефективність у будь-який час, у тому числі під час м’яких умов, коли вимоги до системи нижчі.

Зовсім недавно на ринок були представлені повітряні теплові насоси, які краще пристосовані до роботи в холодному кліматі Канади. Ці системи, які часто називають тепловими насосами для холодного клімату, поєднують компресори змінної продуктивності з покращеними конструкціями теплообмінника та керуванням для максимізації потужності обігріву при більш низьких температурах повітря, зберігаючи високу ефективність у більш м’яких умовах. Ці типи систем зазвичай мають вищі значення SEER і HSPF, причому деякі системи досягають SEER до 42, а HSPF наближаються до 13.

Сертифікація, стандарти та рейтингові шкали

Канадська асоціація стандартів (CSA) наразі перевіряє всі теплові насоси на електробезпеку. Стандарт продуктивності визначає випробування та умови випробувань, за яких визначаються теплова та охолоджувальна потужність і ефективність теплового насоса. Стандарти тестування продуктивності повітряних теплових насосів – це CSA C656, який (станом на 2014 рік) узгоджено з ANSI/AHRI 210/240-2008, Рейтинг продуктивності унітарного обладнання для кондиціонування повітря та повітряного теплового насоса. Він також замінює CAN/CSA-C273.3-M91, стандарт продуктивності для центральних кондиціонерів і теплових насосів зі спліт-системою.

Розміри

Щоб правильно підібрати розмір системи теплового насоса, важливо розуміти потреби в опаленні та охолодженні вашого будинку. Рекомендується залучити спеціаліста з опалення та охолодження для проведення необхідних розрахунків. Навантаження на опалення та охолодження слід визначати за допомогою визнаного методу визначення розміру, наприклад CSA F280-12, «Визначення необхідної потужності приладів для опалення та охолодження житлових приміщень».

Розмір вашої системи теплового насоса слід визначати відповідно до вашого клімату, навантажень на опалення та охолодження будівлі та цілей вашої установки (наприклад, максимізація економії енергії на опалення проти заміни існуючої системи протягом певних періодів року). Щоб допомогти з цим процесом, NRCan розробив Посібник із визначення розмірів і вибору повітряного теплового насоса. Цей посібник разом із додатковим програмним інструментом призначений для консультантів з питань енергетики та проектувальників машин і є у вільному доступі, щоб надати вказівки щодо відповідних розмірів.

Якщо тепловий насос невеликий, ви помітите, що система додаткового опалення буде використовуватися частіше. Незважаючи на те, що система меншого розміру працюватиме ефективно, ви можете не отримати очікуваної економії енергії через велике використання додаткової системи опалення.

Так само, якщо тепловий насос має великі розміри, бажана економія енергії може не бути реалізована через неефективну роботу в більш м’яких умовах. У той час як додаткова система опалення працює рідше, за теплих умов навколишнього середовища тепловий насос виробляє занадто багато тепла, і пристрій циклічно вмикається та вимикається, що призводить до дискомфорту, зносу теплового насоса та споживання електроенергії в режимі очікування. Тому для досягнення оптимального енергозбереження важливо добре розуміти своє опалювальне навантаження та робочі характеристики теплового насоса.

Інші критерії відбору

Крім розміру, слід враховувати кілька додаткових факторів продуктивності:

HSPF: Виберіть пристрій із максимально високим рівнем HSPF. Для пристроїв із порівнянними показниками HSPF перевірте їхні показники стабільного стану при –8,3°C, низькотемпературному рейтингу. Пристрій із вищим значенням буде найефективнішим у більшості регіонів Канади.
Розморожування: Виберіть пристрій із керуванням розморожуванням за потребою. Це мінімізує цикли розморожування, що зменшує використання додаткової енергії та енергії теплового насоса.
Рейтинг звуку: звук вимірюється в одиницях, які називаються децибелами (дБ). Чим менше значення, тим нижча потужність звуку, випромінювана зовнішнім блоком. Чим вищий рівень децибел, тим гучніший шум. Більшість теплових насосів мають рівень шуму 76 дБ або нижче.

Експлуатаційні міркування

Під час експлуатації теплового насоса слід звернути увагу на кілька важливих речей:

Оптимізуйте задані значення теплового насоса та додаткової системи. Якщо у вас є додаткова електрична система (наприклад, плінтуса або опорні елементи в повітропроводі), переконайтеся, що для вашої додаткової системи встановлено нижчу температуру. Це допоможе максимізувати кількість тепла, яке тепловий насос забезпечує вашому дому, зменшуючи споживання енергії та рахунки за комунальні послуги. Рекомендується встановити на 2°C до 3°C нижче заданої температури опалення теплового насоса. Проконсультуйтеся зі своїм підрядником щодо встановлення оптимального параметра для вашої системи.
Налаштуйтеся на ефективне розморожування. Ви можете зменшити споживання енергії, налаштувавши систему на вимикання внутрішнього вентилятора під час циклів розморожування. Це може зробити ваш інсталятор. Однак важливо зазначити, що розморожування може тривати трохи довше з таким налаштуванням.
Зведіть до мінімуму перепади температури. Теплові насоси мають повільнішу реакцію, ніж системи печей, тому вони важче реагують на глибокі зниження температури. Слід використовувати помірні зниження температури не більше ніж на 2°C або використовувати «розумний» термостат, який вмикає систему рано, передбачаючи відновлення після зниження. Знову ж таки, проконсультуйтеся зі своїм підрядником щодо встановлення оптимальної температури зниження для вашої системи.
Оптимізуйте напрямок повітряного потоку. Якщо у вас настінний внутрішній блок, спробуйте відрегулювати напрямок повітряного потоку, щоб максимально підвищити комфорт. Більшість виробників рекомендують спрямовувати повітряний потік вниз під час обігріву та на пасажирів під час охолодження.
Оптимізуйте налаштування вентилятора. Крім того, не забудьте відрегулювати параметри вентилятора для максимального комфорту. Щоб максимізувати тепло, яке подається тепловим насосом, рекомендується встановити високу швидкість вентилятора або «Авто». Під час охолодження, щоб також покращити осушення, рекомендується «низька» швидкість вентилятора.

Технічне обслуговування

Належне технічне обслуговування має вирішальне значення для того, щоб ваш тепловий насос працював ефективно, надійно та мав тривалий термін служби. Ви повинні мати кваліфікованого підрядника для щорічного технічного обслуговування вашого пристрою, щоб переконатися, що все працює в хорошому стані.

Окрім щорічного технічного обслуговування, є кілька простих речей, які ви можете зробити, щоб забезпечити надійну та ефективну роботу. Обов’язково міняйте або чистіть повітряний фільтр кожні 3 місяці, оскільки засмічені фільтри зменшують потік повітря та знижують ефективність вашої системи. Також переконайтеся, що вентиляційні отвори та регістри повітря у вашому домі не заблоковані меблями чи килимами, оскільки недостатній потік повітря до чи від вашого пристрою може скоротити термін служби обладнання та знизити ефективність системи.

Експлуатаційні витрати

Економія енергії завдяки встановленню теплового насоса може допомогти зменшити щомісячні рахунки за електроенергію. Досягнення зменшення ваших рахунків за електроенергію значною мірою залежить від ціни електроенергії по відношенню до інших видів палива, таких як природний газ або мазут, а також, у випадках модернізації, від того, який тип системи замінюється.

Теплові насоси загалом коштують дорожче порівняно з іншими системами, такими як печі чи електричні плінтуса, через кількість компонентів у системі. У деяких регіонах і випадках ці додаткові витрати можна окупити за відносно короткий період часу за рахунок економії витрат на комунальні послуги. Однак в інших регіонах зміна тарифів на комунальні послуги може продовжити цей період. Важливо співпрацювати зі своїм підрядником або консультантом з енергетики, щоб отримати оцінку економічності теплових насосів у вашому регіоні та потенційну економію, яку ви можете досягти.

Очікувана тривалість життя та гарантії

Повітряні теплові насоси мають термін служби від 15 до 20 років. Компресор є найважливішим компонентом системи.

На більшість теплових насосів поширюється однорічна гарантія на запчастини та роботу, а також додаткова п’яти-десятирічна гарантія на компресор (лише на запчастини). Однак гарантії залежать від виробника, тому перевіряйте дрібний шрифт.

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

Опалення та охолодження за допомогою теплового насоса - Частина 2