Новини - Опалення та охолодження за допомогою теплового насоса, частина 4

Під час опалювального циклу ґрунтова вода, антифризна суміш або холодоагент (який циркулював через підземну систему трубопроводів і збирав тепло від ґрунту) повертається до теплового насоса всередині будинку. У системах з грунтовою водою або сумішшю антифризу він проходить через заповнений холодоагентом первинний теплообмінник. У системах DX холодоагент надходить у компресор безпосередньо, без проміжного теплообмінника.

Тепло передається холодоагенту, який при кипінні перетворюється на низькотемпературну пару. У відкритій системі ґрунтові води відкачуються назад і скидаються у ставок або колодязь. У системі із замкнутим циклом суміш антифризу або холодоагент відкачується назад у підземну систему трубопроводів, щоб знову нагрітися.

Реверсивний клапан направляє пари холодоагенту до компресора. Потім пара стискається, що зменшує її об’єм і викликає нагрівання.

Нарешті, реверсивний клапан направляє гарячий газ до змійовика конденсатора, де він віддає своє тепло повітряній або гідравлічній системі для опалення будинку. Віддавши своє тепло, холодоагент проходить через розширювальний пристрій, де його температура і тиск знижуються далі, перш ніж він повертається в перший теплообмінник або на землю в системі DX, щоб почати цикл знову.

Цикл охолодження

Цикл «активного охолодження» в основному є зворотним циклу нагрівання. Напрямок потоку холодоагенту змінюється реверсивним клапаном. Холодоагент забирає тепло з повітря будинку та передає його безпосередньо, у системах DX, або ґрунтовій воді чи суміші антифризу. Потім тепло викачується назовні, у водойму або зворотний колодязь (у відкритій системі) або в підземний трубопровід (у замкнутій системі). Частина цього надлишкового тепла може бути використана для попереднього підігріву гарячої води.

На відміну від повітряно-повітряних теплових насосів, наземні системи не вимагають циклу розморожування. Температура під землею набагато стабільніша, ніж температура повітря, а сама теплонасосна установка знаходиться всередині; тому проблем з морозами не виникає.

Частини системи

Системи теплового насоса з наземним джерелом тепла складаються з трьох основних компонентів: самого блоку теплового насоса, рідкого теплообмінного середовища (відкритої системи або замкнутого циклу) і системи розподілу (повітряної або водяної), яка розподіляє теплову енергію від тепла. насос до будівлі.

Грунтові теплові насоси спроектовані по-різному. Для повітряних систем автономні блоки поєднують повітродувку, компресор, теплообмінник і змійовик конденсатора в одній шафі. Спліт-системи дозволяють додавати змійовик до печі з примусовим повітрям і використовувати наявні повітродувку та піч. Для гідравлічних систем теплообмінники джерела й поглинача, а також компресор знаходяться в одній шафі.

Міркування щодо енергоефективності

Як і у випадку з тепловими насосами повітря-джерело, системи теплових насосів-земля доступні з різними ступенями ефективності. Див. попередній розділ під назвою «Введення в ефективність теплового насоса», щоб отримати пояснення того, що представляють COP і EER. Діапазони COP і EER для доступних на ринку одиниць наведені нижче.

Грунтові води або програми з відкритим контуром

Опалення

Мінімальний COP опалення: 3,6
Діапазон, COP опалення на ринку доступних продуктів: від 3,8 до 5,0

Охолодження

Мінімальний EER: 16,2
Діапазон, EER на ринку доступних продуктів: від 19,1 до 27,5

Програми замкнутого циклу

Опалення

Мінімальний COP опалення: 3.1
Діапазон, COP опалення на ринку доступних продуктів: від 3,2 до 4,2

Охолодження

Мінімальний EER: 13,4
Діапазон, EER на ринку доступних продуктів: від 14,6 до 20,4

Мінімальна ефективність для кожного типу регулюється на федеральному рівні, а також у деяких провінційних юрисдикціях. Відбулося значне підвищення ефективності наземних систем. Ті самі розробки компресорів, двигунів і засобів керування, які доступні виробникам повітряних теплових насосів, призводять до більш високого рівня ефективності наземних систем.

У нижчих системах зазвичай використовуються двоступеневі компресори, теплообмінники холодоагент-повітря відносно стандартного розміру та теплообмінники холодоагент-вода з підвищеною поверхнею. Агрегати з високоефективним діапазоном, як правило, використовують багатошвидкісні компресори або компресори зі змінною швидкістю, внутрішні вентилятори зі змінною швидкістю або обидва. Знайдіть пояснення одношвидкісних і регульованих теплових насосів у розділі «Повітряний тепловий насос».

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 систем наземного джерела є CSA C13256 (для систем вторинного контуру) і CSA C748 (для систем DX).

Розміри

Важливо, щоб ґрунтовий теплообмінник відповідав потужності теплового насоса. Системи, які не є збалансованими та нездатними поповнювати енергію, отриману з бурового поля, з часом будуть працювати гірше, поки тепловий насос більше не зможе відбирати тепло.

Як і у випадку з системами теплового насоса з повітряним джерелом, загалом не дуже гарною ідеєю визначати розмір системи з наземним джерелом, щоб забезпечити все необхідне тепло для будинку. Для рентабельності розміри системи, як правило, повинні покривати більшу частину річної потреби домогосподарства в тепловій енергії. Випадкове пікове навантаження на опалення під час суворих погодних умов може бути покрито додатковою системою опалення.

Тепер доступні системи з вентиляторами та компресорами зі змінною швидкістю. Цей тип системи може задовольнити всі навантаження на охолодження та більшість навантажень на опалення на низькій швидкості, а висока швидкість потрібна лише для високих навантажень на опалення. Знайдіть пояснення одношвидкісних і регульованих теплових насосів у розділі «Повітряний тепловий насос».

Для клімату Канади доступні різні розміри систем. Номінальна потужність житлових блоків (охолодження із замкнутим контуром) становить від 1,8 кВт до 21,1 кВт (від 6 000 до 72 000 Бте/год) і включають варіанти гарячої води для побутових потреб (ГВП).

Проектні міркування

На відміну від повітряно-повітряних теплових насосів, для ґрунтових теплових насосів потрібен наземний теплообмінник для збору та розсіювання тепла під землею.

Системи відкритого циклу

Відкрита система використовує в якості джерела тепла ґрунтові води зі звичайної свердловини. Грунтова вода перекачується в теплообмінник, де теплова енергія витягується та використовується як джерело для теплового насоса. Грунтова вода, що виходить з теплообмінника, потім знову закачується у водоносний горизонт.

Інший спосіб випуску використаної води – через відбірну свердловину, яка є другою свердловиною, яка повертає воду в землю. Відбірний колодязь повинен мати достатню потужність для утилізації всієї води, що проходить через тепловий насос, і повинен бути встановлений кваліфікованим бурильником. Якщо у вас є додаткова наявна свердловина, ваш підрядник теплового насоса повинен мати бурильника свердловини, який переконається, що вона придатна для використання як відбірна свердловина. Незалежно від використовуваного підходу, система повинна бути розроблена таким чином, щоб запобігти будь-якій шкоді навколишньому середовищу. Тепловий насос просто забирає або додає тепло воді; не додаються забруднюючі речовини. Єдина зміна води, яка повертається в навколишнє середовище, - це невелике підвищення або зниження температури. Важливо проконсультуватися з місцевими органами влади, щоб зрозуміти будь-які норми чи правила щодо систем із відкритим контуром у вашому регіоні.

Розмір теплового насоса та характеристики виробника визначатимуть кількість води, яка необхідна для відкритої системи. Потреба у воді для конкретної моделі теплового насоса зазвичай виражається в літрах на секунду (л/с) і вказується в специфікаціях для цього агрегату. Тепловий насос потужністю 10 кВт (34 000 БТЕ/год) під час роботи споживатиме від 0,45 до 0,75 л/с.

Ваша комбінація свердловини та насоса має бути достатньо великою, щоб подавати воду, необхідну для теплового насоса, на додаток до ваших побутових потреб у воді. Можливо, вам знадобиться збільшити напірний резервуар або змінити водопровідну систему, щоб подавати достатню кількість води до теплового насоса.

Низька якість води може спричинити серйозні проблеми у відкритих системах. Ви не повинні використовувати воду з джерела, ставка, річки чи озера як джерело для системи теплового насоса. Частинки та інші речовини можуть засмічувати систему теплового насоса та вивести її з ладу за короткий проміжок часу. Також перед установкою теплового насоса слід перевірити воду на кислотність, жорсткість і вміст заліза. Ваш підрядник або виробник обладнання може сказати вам, який рівень якості води є прийнятним і за яких обставин можуть знадобитися спеціальні теплообмінні матеріали.

Встановлення відкритої системи часто регулюється місцевими законами про зонування або вимогами ліцензування. Зверніться до місцевих органів влади, щоб дізнатися, чи діють обмеження у вашому регіоні.

Системи замкнутого циклу

Система із замкнутим циклом відбирає тепло із самої землі, використовуючи безперервну петлю закопаної в землю пластикової труби. У системах DX використовуються мідні труби. Труба з’єднана з внутрішнім тепловим насосом, щоб утворити герметичний підземний контур, через який циркулює розчин антифризу або холодоагент. У той час як відкрита система відводить воду зі свердловини, система із замкнутим циклом рециркулює розчин антифризу в трубі під тиском.

Труба розміщується в одному з трьох типів розташування:

Вертикальний: Вертикальний замкнутий контур є відповідним вибором для більшості заміських будинків, де простір на ділянці обмежений. Труби вставляються в отвори діаметром 150 мм (6 дюймів) на глибину від 45 до 150 м (від 150 до 500 футів), залежно від стану ґрунту та розміру системи. В отвори вставляють U-подібні петлі з труби. Системи DX можуть мати отвори меншого діаметру, що може знизити витрати на свердління.
Діагональне (під кутом): Діагональне (під кутом) замкнуте розташування схоже на вертикальне замкнуте розташування; однак свердловини розташовані під кутом. Цей тип розташування використовується, коли простір дуже обмежений і доступ обмежений однією точкою входу.
Горизонтальний: Горизонтальне розміщення більш поширене в сільській місцевості, де нерухомість більша. Труба розміщується в траншеях, як правило, глибиною від 1,0 до 1,8 м (3-6 футів), залежно від кількості труб у траншеї. Як правило, на тонну потужності теплового насоса потрібно від 120 до 180 м (400-600 футів) труби. Наприклад, добре ізольований будинок площею 185 м2 (2000 кв. футів) зазвичай потребує трьохтонної системи, яка потребує від 360 до 540 м (1200-1800 футів) труби.
Найпоширеніша конструкція горизонтального теплообмінника – це дві труби, розташовані поруч в одній траншеї. Інші конструкції горизонтальної петлі використовують чотири або шість труб у кожній траншеї, якщо площа землі обмежена. Інший дизайн, який іноді використовують там, де обмежена площа, — це «спіраль», яка описує його форму.

Незалежно від вибраного вами розташування, усі трубопроводи для систем із розчином антифризу мають складатися з поліетилену або полібутилену серії щонайменше 100 із термоплавкими з’єднаннями (на відміну від фітингів з шипами, хомутів або клеєних з’єднань), щоб забезпечити герметичні з’єднання протягом усього терміну експлуатації. трубопроводи. При правильному монтажі ці труби прослужать від 25 до 75 років. Вони не схильні до впливу хімічних речовин, що містяться в ґрунті, і мають хороші теплопровідні властивості. Розчин антифризу має бути прийнятним для місцевих екологічних чиновників. У системах DX використовуються холодильні мідні труби.

Ні вертикальні, ні горизонтальні петлі не мають негативного впливу на ландшафт, якщо вертикальні свердловини та траншеї належним чином засипані та утрамбовані (щільно утрамбовані).

Для монтажу горизонтальної петлі використовуються траншеї шириною від 150 до 600 мм (від 6 до 24 дюймів). Це залишає оголені ділянки, які можна відновити насінням трави або дерном. Вертикальні петлі займають мало місця та призводять до меншого пошкодження газону.

Важливо, щоб горизонтальні та вертикальні петлі встановив кваліфікований підрядник. Пластикові труби повинні бути термічно сплавлені, і повинен бути хороший контакт земля-труба, щоб забезпечити хорошу теплопередачу, таку, як це досягається шляхом цементування свердловин Tremie. Останнє особливо важливо для вертикальних теплообмінних систем. Неправильне встановлення може призвести до погіршення роботи теплового насоса.

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.
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.

Технічне обслуговування

Вам слід залучити кваліфікованого підрядника для проведення щорічного технічного обслуговування один раз на рік, щоб забезпечити ефективність і надійність вашої системи.

Якщо у вас є повітряна розподільна система, ви також можете підтримувати ефективнішу роботу, замінюючи або очищаючи фільтр кожні 3 місяці. Ви також повинні переконатися, що вентиляційні отвори та регістри не заблоковані меблями, килимами чи іншими предметами, які можуть перешкоджати потоку повітря.

Експлуатаційні витрати

Експлуатаційні витрати наземної системи зазвичай значно нижчі, ніж витрати інших систем опалення, завдяки економії палива. Кваліфіковані монтажники теплових насосів повинні мати можливість надати вам інформацію про те, скільки електроенергії споживає конкретна наземна система.

Відносна економія залежатиме від того, чи використовуєте ви зараз електроенергію, нафту чи природний газ, а також від відносної вартості різних джерел енергії у вашому регіоні. Запустивши тепловий насос, ви споживаєте менше газу чи палива, але більше електроенергії. Якщо ви живете в регіоні, де електроенергія дорога, ваші експлуатаційні витрати можуть бути вищими.

Очікувана тривалість життя та гарантії

Термін служби теплових насосів із землею зазвичай становить від 20 до 25 років. Це вище, ніж для повітряних теплових насосів, тому що компресор має менше теплових і механічних навантажень і захищений від навколишнього середовища. Термін служби самого контуру заземлення наближається до 75 років.

Більшість теплових насосів із землею поширюється на річну гарантію на деталі та роботу, а деякі виробники пропонують розширені гарантійні програми. Однак гарантії залежать від виробника, тому обов’язково перевіряйте дрібний шрифт.

Супутнє обладнання

Модернізація служби електрики

Загалом, під час встановлення додаткового теплового насоса з повітряним джерелом модернізувати електричне обслуговування не потрібно. Однак вік послуги та загальне електричне навантаження будинку можуть вимагати оновлення.

Для встановлення повністю електричного повітряно-повітряного теплового насоса або ґрунтового теплового насоса зазвичай потрібна електрика на 200 ампер. У разі переходу від системи опалення, що працює на природному газі чи мазуті, може знадобитися оновити електричну панель.

Додаткові системи опалення

Системи повітряного теплового насоса

Повітряні теплові насоси мають мінімальну зовнішню робочу температуру та можуть втратити частину своєї здатності нагрівати за дуже низьких температур. Через це більшість установок із джерелом повітря потребують додаткового джерела опалення для підтримки температури в приміщенні в найхолодніші дні. Додаткове опалення також може знадобитися, коли тепловий насос розморожується.

Більшість систем з джерелом повітря відключаються за однієї з трьох температур, які може встановити ваш підрядник з монтажу:

Точка теплового балансу: температура, нижче якої тепловий насос не має достатньої потужності для самостійного задоволення потреб опалення будівлі.
Точка економічного балансу: температура, нижче якої співвідношення електроенергії та додаткового палива (наприклад, природного газу) означає, що використання додаткової системи економічно ефективніше.
Температура відключення: мінімальна робоча температура для теплового насоса.

Більшість додаткових систем можна розділити на дві категорії:

Гібридні системи: 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.
Ці типи систем підтримують перемикання між тепловим насосом і додатковими операціями відповідно до точки теплового або економічного балансу.
Ці системи не можуть працювати одночасно з тепловим насосом – працює або тепловий насос, або газова/масляна піч.
Усі електричні системи: у цій конфігурації робота теплового насоса доповнюється елементами електричного опору, розташованими в повітропроводі або електричними плінтусами.
Ці системи можуть працювати одночасно з тепловим насосом, і, отже, їх можна використовувати в стратегіях балансової точки або граничної температури.

Датчик зовнішньої температури вимикає тепловий насос, коли температура падає нижче встановленого ліміту. Нижче цієї температури працює лише система додаткового опалення. Датчик зазвичай налаштований на відключення при температурі, що відповідає точці економічного балансу, або при зовнішній температурі, нижче якої дешевше опалювати за допомогою системи додаткового опалення замість теплового насоса.

Системи теплового насоса з землею

Системи наземного джерела живлення продовжують працювати незалежно від температури зовнішнього повітря, тому на них не поширюються такі ж обмеження. Система додаткового опалення забезпечує тільки тепло, яке перевищує номінальну потужність наземного блоку.

Термостати

Звичайні термостати

Більшість канальних житлових одношвидкісних систем теплового насоса встановлюються з внутрішнім термостатом «двоступеневий обігрів/одноступеневий охолодження». Перший етап потребує тепла від теплового насоса, якщо температура падає нижче попередньо встановленого рівня. На другому етапі вимагається тепло від системи додаткового опалення, якщо температура в приміщенні продовжує падати нижче бажаної. Безканальні повітряні теплові насоси для житлових будинків зазвичай встановлюються з одноступеневим термостатом нагріву/охолодження або, у багатьох випадках, із вбудованим термостатом, який налаштовується за допомогою пульта дистанційного керування, який постачається разом із пристроєм.

Найпоширенішим типом термостата є тип «встановив і забув». Монтажник консультується з вами перед встановленням бажаної температури. Як тільки це буде зроблено, ви можете забути про термостат; він автоматично перемикає систему з режиму опалення в режим охолодження або навпаки.

У цих системах використовуються два типи зовнішніх термостатів. Перший тип управляє роботою системи додаткового електричного опору. Це той самий тип термостата, який використовується з електричною піччю. Він вмикає різні ступені обігрівачів, коли зовнішня температура поступово падає нижче. Це гарантує, що правильна кількість додаткового тепла забезпечується відповідно до зовнішніх умов, що максимізує ефективність і економить ваші гроші. Другий тип просто вимикає повітряний тепловий насос, коли зовнішня температура падає нижче заданого рівня.

Перепади термостата можуть не принести таких же переваг із системами теплового насоса, як із більш звичайними системами опалення. Залежно від величини зниження температури та падіння температури, тепловий насос може бути не в змозі постачати всю кількість тепла, необхідну для швидкого відновлення температури до бажаного рівня. Це може означати, що додаткова система опалення працює до тих пір, поки тепловий насос не «наздожене». Це зменшить економію, яку ви, можливо, очікували отримати, встановивши тепловий насос. Див. обговорення в попередніх розділах щодо мінімізації зниження температури.

Програмовані термостати

Програмовані термостати для теплових насосів сьогодні доступні у більшості виробників теплових насосів та їх представників. На відміну від звичайних термостатів, ці термостати досягають економії за рахунок зниження температури в періоди відсутності людей або вночі. Незважаючи на те, що різні виробники цього досягають різними способами, тепловий насос повертає будинок до бажаного рівня температури з мінімальним додатковим опаленням або без нього. Для тих, хто звик до термостата зі зниженням температури та програмованих термостатів, це може бути гідною інвестицією. Інші функції, доступні з деякими з цих електронних термостатів, включають наступне:

Програмоване керування, що дозволяє користувачеві вибирати автоматичний режим роботи теплового насоса або вентилятора за часом доби та днем тижня.
Покращений контроль температури в порівнянні зі звичайними термостатами.
Немає необхідності в зовнішніх термостатах, оскільки електронний термостат вимагає додаткового тепла лише за потреби.
Немає необхідності в управлінні зовнішнім термостатом для додаткових теплових насосів.

Економія від програмованих термостатів значною мірою залежить від типу та розміру вашої системи теплового насоса. Для систем із змінною швидкістю перешкоди можуть дозволити системі працювати на нижчій швидкості, зменшуючи знос компресора та допомагаючи підвищити ефективність системи.

Системи розподілу тепла

Системи теплових насосів зазвичай забезпечують більший об’єм повітряного потоку при нижчій температурі порівняно з системами печей. Таким чином, дуже важливо перевірити потік припливного повітря вашої системи та порівняти його з пропускною здатністю повітряного потоку наявних повітропроводів. Якщо повітряний потік теплового насоса перевищує пропускну здатність існуючих повітроводів, у вас можуть виникнути проблеми з шумом або збільшення споживання енергії вентилятором.

Нові системи теплових насосів слід проектувати відповідно до встановленої практики. Якщо інсталяція передбачає модернізацію, необхідно ретельно оглянути існуючу систему повітроводів, щоб переконатися, що вона відповідає вимогам.

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 4