Powietrzne pompy ciepła w niskich temperaturach

Głównym ograniczeniem powietrznych pomp ciepła jest znaczny spadek wydajności, gdy temperatura zewnętrzna osiąga zakres zamarzania.

Pompy ciepła stają się efektywnym rozwiązaniem do ogrzewania i klimatyzacji pomieszczeń, zwłaszcza gdy są stosowane w systemach o zmiennym przepływie czynnika chłodniczego. W trybie chłodzenia mogą dorównać najbardziej wydajnym systemom klimatyzacji, a także konkurować niskim kosztem ogrzewania spalinowego przy wykorzystaniu wyłącznie energii elektrycznej. W porównaniu z konwencjonalnym grzejnikiem oporowym pompa ciepła osiąga oszczędności w przedziale od 40 do 80 procent, w zależności od konkretnego modelu i warunków pracy.

Podczas gdy powietrzne pompy ciepła wymieniają ciepło bezpośrednio z powietrzem zewnętrznym, gruntowe pompy ciepła wykorzystują stabilną temperaturę gruntu, aby osiągnąć wyższą wydajność. Biorąc pod uwagę wysoką cenę i skomplikowaną instalację systemu gruntowego, najczęstszą opcją są powietrzne pompy ciepła.

Głównym ograniczeniem powietrznych pomp ciepła jest znaczny spadek wydajności, gdy temperatura zewnętrzna osiąga zakres zamarzania. Przy wyborze pompy ciepła projektanci muszą wziąć pod uwagę wpływ lokalnej pogody i upewnić się, że system jest wyposażony w odpowiednie środki zapewniające najniższe oczekiwane temperatury.

W jaki sposób ekstremalne zimno wpływa na powietrzne pompy ciepła?

Głównym wyzwaniem podczas stosowania powietrznej pompy ciepła w ujemnych temperaturach jest kontrolowanie gromadzenia się lodu na wężownicach zewnętrznych. Ponieważ urządzenie usuwa ciepło z już zimnego powietrza zewnętrznego, wilgoć może łatwo gromadzić się i zamarzać na powierzchni wężownic.

Chociaż cykl odszraniania pompy ciepła może stopić lód na wężownicach zewnętrznych, urządzenie nie może zapewnić ogrzewania pomieszczenia podczas trwania cyklu. Gdy temperatura zewnętrzna spada, pompa ciepła musi częściej wchodzić w cykl odszraniania, aby skompensować tworzenie się lodu, co ogranicza ciepło dostarczane do pomieszczeń wewnętrznych.

Ponieważ gruntowe pompy ciepła nie wymieniają ciepła z powietrzem zewnętrznym, ujemne temperatury nie mają na nie wpływu. Wymagają jednak wykopów, które mogą być trudne do wykonania pod istniejącymi budynkami, szczególnie tymi w zatłoczonych obszarach miejskich.

Określanie powietrznych pomp ciepła do pracy w niskich temperaturach

W przypadku stosowania powietrznych pomp ciepła przy ujemnych temperaturach istnieją dwa główne sposoby kompensowania strat ciepła podczas cykli odszraniania:

Dodanie dodatkowego systemu ogrzewania, zazwyczaj palnika gazowego lub elektrycznego grzejnika oporowego.
Określenie pompy ciepła z wbudowanymi zabezpieczeniami zapobiegającymi gromadzeniu się szronu.
Zapasowe systemy ogrzewania dla powietrznych pomp ciepła są prostym rozwiązaniem, ale zwykle zwiększają koszt posiadania systemu. Rozważania projektowe zmieniają się w zależności od określonego typu ogrzewania dodatkowego:

Elektryczny grzejnik oporowy działa na tym samym źródle energii, co pompa ciepła. Jednakże pobiera więcej prądu dla danego obciążenia grzewczego, co wymaga większej wydajności okablowania. Spada również ogólna wydajność systemu, ponieważ ogrzewanie oporowe jest znacznie mniej wydajne niż praca pompy ciepła.
Palnik gazowy osiąga znacznie niższe koszty eksploatacji niż grzejnik oporowy. Wymaga to jednak zasilania gazem i układu wydechowego, co podnosi koszt instalacji.
Gdy system pompy ciepła wykorzystuje ogrzewanie rezerwowe, zalecaną praktyką jest ustawienie termostatu na umiarkowaną temperaturę. Minimalizuje to częstotliwość cyklu odszraniania i czas działania systemu ogrzewania dodatkowego, obniżając całkowite zużycie energii.

Pompy ciepła z wbudowanymi zabezpieczeniami chroniącymi przed zimnem

Powietrzne pompy ciepła wiodących producentów są zazwyczaj przystosowane do pracy w temperaturach zewnętrznych sięgających nawet -4°F. Jednakże, gdy jednostki zostaną ulepszone za pomocą środków zapobiegających zimnej pogodzie, ich zakres pracy może sięgać poniżej -10°F lub nawet -20°F. Poniżej przedstawiono kilka typowych cech konstrukcyjnych stosowanych przez producentów pomp ciepła w celu złagodzenia wpływu cyklu odszraniania:

Niektórzy producenci oferują akumulatory ciepła, które mogą w dalszym ciągu dostarczać ciepło, gdy pompa ciepła wejdzie w cykl odszraniania.
Istnieją również konfiguracje pomp ciepła, w których jeden z przewodów gorącego czynnika chłodniczego przepływa przez jednostkę zewnętrzną, aby zapobiec zamarznięciu. Cykl odszraniania aktywuje się tylko wtedy, gdy efekt ogrzewania nie jest wystarczający.
Gdy system pompy ciepła wykorzystuje wiele jednostek zewnętrznych, można je zaprogramować tak, aby wchodziły w cykl odszraniania po kolei, a nie jednocześnie. Dzięki temu system nigdy nie utraci pełnej mocy grzewczej w wyniku rozmrożenia.
Jednostki zewnętrzne mogą być także wyposażone w obudowy chroniące jednostkę przed bezpośrednimi opadami śniegu. W ten sposób urządzenie musi radzić sobie wyłącznie z lodem, który tworzy się bezpośrednio na cewkach.
Chociaż te środki nie eliminują całkowicie cyklu odszraniania, mogą zmniejszyć jego wpływ na moc grzewczą. Aby osiągnąć najlepsze wyniki w przypadku systemu powietrznej pompy ciepła, pierwszym zalecanym krokiem jest ocena lokalnej pogody. W ten sposób można od początku określić odpowiedni system; co jest prostsze i tańsze niż modernizacja nieodpowiedniej instalacji.

Środki uzupełniające zwiększające wydajność pompy ciepła

Posiadanie energooszczędnego systemu pompy ciepła zmniejsza koszty ogrzewania i chłodzenia. Jednak sam budynek można również zaprojektować tak, aby zminimalizować zapotrzebowanie na chłodzenie latem i ogrzewanie zimą. Obudowa budynku z odpowiednią izolacją i szczelnością minimalizuje potrzebę ogrzewania i chłodzenia w porównaniu z budynkiem o słabej izolacji i wielu nieszczelnościach powietrza.

Sterowanie wentylacją również przyczynia się do zwiększenia wydajności ogrzewania i chłodzenia, dostosowując przepływ powietrza do potrzeb budynku. Gdy systemy wentylacyjne działają przez cały czas przy pełnym przepływie powietrza, ilość powietrza wymagającego klimatyzacji jest większa. Z drugiej strony, jeśli wentylacja jest dostosowana do obłożenia, całkowita ilość powietrza, która musi zostać klimatyzowana, jest mniejsza.

Istnieje szeroka gama konfiguracji ogrzewania i chłodzenia, które można zastosować w budynkach. Jednakże najniższe koszty posiadania osiąga się, gdy instalacja jest zoptymalizowana zgodnie z potrzebami budynku.

Artykuł autorstwa Michaela Tobiasa
Odniesienie: Tobias, M. (nd). Włącz obsługę plików cookie. Ścieżka stosu. https://www.contractormag.com/green/article/20883974/airsource-heat-pumps-in-cold-weather.
Jeśli chcesz, aby produkty pomp ciepła były wolne od problemów związanych z niską wydajnością w niskiej temperaturze otoczenia, z przyjemnością przedstawimy Ci nasze powietrzne pompy ciepła EVI! Zamiast normalnej temperatury otoczenia wynoszącej od -7 do 43 stopni C, mogą pracować w najniższej temperaturze do -25 stopni Celsjusza. Zapraszamy do kontaktu z nami aby uzyskać więcej informacji!