Ogrzewanie i chłodzenie za pomocą pompy ciepła – część 2

Podczas cyklu grzewczego ciepło jest pobierane z powietrza zewnętrznego i „pompowane” do wnętrza.

• Najpierw ciekły czynnik chłodniczy przechodzi przez urządzenie rozprężne, zmieniając się w niskociśnieniową mieszaninę cieczy i pary. Następnie trafia do wężownicy zewnętrznej, która pełni funkcję wężownicy parownika. Ciekły czynnik chłodniczy pochłania ciepło z powietrza zewnętrznego i wrze, stając się parą o niskiej temperaturze.
• Para ta przechodzi przez zawór zmiany kierunku do akumulatora, który zbiera pozostałą ciecz, zanim para dotrze do sprężarki. Para jest następnie sprężana, zmniejszając jej objętość i powodując jej podgrzanie.
• Na koniec zawór odwracający kieruje gorący gaz do wężownicy wewnętrznej, czyli skraplacza. Ciepło z gorącego gazu jest przekazywane do powietrza w pomieszczeniu, powodując kondensację czynnika chłodniczego w ciecz. Ciecz ta wraca do urządzenia rozprężnego i cykl się powtarza. Wężownica wewnętrzna znajduje się w kanale, w pobliżu pieca.

Zdolność pompy ciepła do przekazywania ciepła z powietrza zewnętrznego do domu zależy od temperatury zewnętrznej. Wraz ze spadkiem tej temperatury spada również zdolność pompy ciepła do pochłaniania ciepła. W przypadku wielu instalacji powietrznych pomp ciepła oznacza to, że istnieje temperatura (zwana punktem równowagi cieplnej), w której wydajność grzewcza pompy ciepła jest równa stratom ciepła w domu. Poniżej tej zewnętrznej temperatury otoczenia pompa ciepła może dostarczyć tylko część ciepła potrzebnego do utrzymania komfortu w pomieszczeniu mieszkalnym i wymagane jest ciepło uzupełniające.

Należy zauważyć, że zdecydowana większość powietrznych pomp ciepła ma minimalną temperaturę roboczą, poniżej której nie są w stanie pracować. W przypadku nowszych modeli może to wynosić od -15°C do -25°C. Poniżej tej temperatury należy zastosować dodatkowy system zapewniający ogrzewanie budynku.

Cykl chłodzenia

Opisany powyżej cykl zostaje odwrócony, aby chłodzić dom latem. Urządzenie pobiera ciepło z powietrza w pomieszczeniu i odrzuca je na zewnątrz.

• Podobnie jak w cyklu ogrzewania, ciekły czynnik chłodniczy przechodzi przez urządzenie rozprężne, zmieniając się w niskociśnieniową mieszaninę cieczy i pary. Następnie trafia do wężownicy wewnętrznej, która pełni funkcję parownika. Ciekły czynnik chłodniczy pochłania ciepło z powietrza w pomieszczeniu i wrze, stając się parą o niskiej temperaturze.
• Para ta przechodzi przez zawór zmiany kierunku do akumulatora, który zbiera pozostałą ciecz, a następnie do sprężarki. Para jest następnie sprężana, zmniejszając jej objętość i powodując jej podgrzanie.
• Na koniec gorący gaz przechodzi przez zawór rozdzielający do wężownicy zewnętrznej, która pełni rolę skraplacza. Ciepło z gorącego gazu jest przekazywane do powietrza zewnętrznego, powodując kondensację czynnika chłodniczego w ciecz. Ciecz ta wraca do urządzenia rozprężającego i cykl się powtarza.

Podczas cyklu chłodzenia pompa ciepła osusza również powietrze w pomieszczeniu. Wilgoć zawarta w powietrzu przepływającym przez wężownicę wewnętrzną skrapla się na powierzchni wężownicy i gromadzi się w misce na dnie wężownicy. Odpływ kondensatu łączy tę misę z odpływem domu.

Cykl rozmrażania

Jeśli temperatura zewnętrzna spadnie do wartości bliskiej lub niższej od zera, gdy pompa ciepła pracuje w trybie ogrzewania, wilgoć z powietrza przechodzącego przez wężownicę zewnętrzną będzie się na niej skraplać i zamarzać. Ilość gromadzącego się szronu zależy od temperatury zewnętrznej i ilości wilgoci w powietrzu.

Gromadzenie się szronu zmniejsza wydajność wężownicy poprzez zmniejszenie jej zdolności do przekazywania ciepła do czynnika chłodniczego. W pewnym momencie szron musi zostać usunięty. W tym celu pompa ciepła przełącza się w tryb odszraniania. Najczęstsze podejście to:

• Najpierw zawór przełączający przełącza urządzenie w tryb chłodzenia. Powoduje to przesłanie gorącego gazu do wężownicy zewnętrznej w celu stopienia szronu. Jednocześnie wentylator zewnętrzny, który zwykle nadmuchuje zimne powietrze na wężownicę, zostaje wyłączony, aby zmniejszyć ilość ciepła potrzebnego do stopienia szronu.
• W tym czasie pompa ciepła chłodzi powietrze w kanałach. System ogrzewania normalnie ogrzewałby to powietrze rozprowadzane po całym domu.

Do określenia, kiedy urządzenie przechodzi w tryb odszraniania, używana jest jedna z dwóch metod:

• Sterowanie zapotrzebowaniem na mróz monitoruje przepływ powietrza, ciśnienie czynnika chłodniczego, temperaturę powietrza lub wężownicy oraz różnicę ciśnień na wężownicy zewnętrznej w celu wykrycia gromadzenia się szronu.
• Odszranianie czasowo-temperaturowe rozpoczyna się i kończy za pomocą ustawionego timera interwałowego lub czujnika temperatury umieszczonego na wężownicy zewnętrznej. Cykl można inicjować co 30, 60 lub 90 minut, w zależności od klimatu i konstrukcji systemu.

Niepotrzebne cykle odszraniania zmniejszają sezonową wydajność pompy ciepła. W rezultacie metoda odszraniania na żądanie jest ogólnie bardziej wydajna, ponieważ rozpoczyna cykl odszraniania tylko wtedy, gdy jest to wymagane.

Dodatkowe źródła ciepła

Ponieważ powietrzne pompy ciepła charakteryzują się minimalną temperaturą roboczą na zewnątrz (od -15°C do -25°C) i zmniejszoną wydajnością grzewczą w bardzo niskich temperaturach, ważne jest rozważenie dodatkowego źródła ciepła w przypadku powietrznych pomp ciepła. Dodatkowe ogrzewanie może być również wymagane podczas odszraniania pompy ciepła. Dostępne są różne opcje:

• Całość elektryczna: W tej konfiguracji działanie pompy ciepła uzupełniane jest elektrycznymi elementami oporowymi umieszczonymi w kanałach lub listwach przypodłogowych. Te elementy oporowe są mniej wydajne niż pompa ciepła, ale ich zdolność do zapewnienia ogrzewania jest niezależna od temperatury zewnętrznej.
• System hybrydowy: W systemie hybrydowym powietrzna pompa ciepła wykorzystuje system dodatkowy, taki jak piec lub kocioł. Opcję tę można zastosować w nowych instalacjach, ale jest ona również dobrą opcją w przypadku dodania pompy ciepła do istniejącego systemu, na przykład gdy pompa ciepła jest instalowana jako zamiennik centralnego klimatyzatora.

Więcej informacji na temat systemów wykorzystujących dodatkowe źródła ogrzewania można znaleźć w ostatniej części tej broszury, Powiązane urządzenia. Można tam znaleźć omówienie opcji programowania systemu w celu przejścia między korzystaniem z pompy ciepła a korzystaniem z dodatkowego źródła ciepła.

Względy efektywności energetycznej

Aby ułatwić zrozumienie tej sekcji, należy zapoznać się z wcześniejszą sekcją zatytułowaną Wprowadzenie do wydajności pomp ciepła, w której znajduje się wyjaśnienie, co reprezentują współczynniki HSPF i SEER.

W Kanadzie przepisy dotyczące efektywności energetycznej określają minimalną efektywność sezonową ogrzewania i chłodzenia, którą należy osiągnąć, aby produkt mógł być sprzedawany na rynku kanadyjskim. Oprócz tych przepisów w Twojej prowincji lub terytorium mogą obowiązywać bardziej rygorystyczne wymagania.

Poniżej podsumowano minimalne parametry dla całej Kanady oraz typowe zakresy produktów dostępnych na rynku w zakresie ogrzewania i chłodzenia. Przed wybraniem systemu ważne jest również sprawdzenie, czy w Twoim regionie obowiązują dodatkowe przepisy.

Sezonowa wydajność chłodzenia, SEER:

• Minimalny SEER (Kanada): 14
• Asortyment, SEER na rynku Dostępne produkty: 14 do 42

Sezonowa wydajność ogrzewania, HSPF

• Minimalny HSPF (Kanada): 7,1 (dla Regionu V)
• Asortyment, HSPF na rynku Dostępne produkty: 7,1 do 13,2 (dla Regionu V)

Uwaga: współczynniki HSPF podano dla V strefy klimatycznej AHRI, która ma klimat podobny do Ottawy. Rzeczywista wydajność sezonowa może się różnić w zależności od regionu. Obecnie opracowywany jest nowy standard wydajności, którego celem jest lepsze odwzorowanie wydajności tych systemów w regionach Kanady.

Rzeczywiste wartości SEER lub HSPF zależą od wielu czynników związanych przede wszystkim z konstrukcją pompy ciepła. Obecna wydajność znacznie ewoluowała w ciągu ostatnich 15 lat, napędzana nowymi osiągnięciami w technologii sprężarek, konstrukcją wymienników ciepła oraz ulepszonym przepływem i kontrolą czynnika chłodniczego.

Pompy ciepła o pojedynczej i zmiennej prędkości obrotowej

Szczególnie ważna przy rozważaniu efektywności jest rola nowych konstrukcji sprężarek w poprawie wydajności sezonowej. Zazwyczaj jednostki pracujące na zalecanych minimalnych wartościach SEER i HSPF charakteryzują się pompami ciepła o jednej prędkości. Obecnie dostępne są powietrzne pompy ciepła o zmiennej prędkości, zaprojektowane tak, aby zmieniać wydajność systemu w celu lepszego dopasowania do zapotrzebowania domu na ogrzewanie/chłodzenie w danym momencie. Pomaga to w utrzymaniu maksymalnej wydajności przez cały czas, także w łagodniejszych warunkach, gdy zapotrzebowanie na system jest mniejsze.

Niedawno na rynek wprowadzono powietrzne pompy ciepła, które są lepiej przystosowane do pracy w zimnym kanadyjskim klimacie. Systemy te, często nazywane pompami ciepła do zimnego klimatu, łączą sprężarki o zmiennej wydajności z ulepszonymi konstrukcjami wymienników ciepła i sterownikami, aby zmaksymalizować wydajność grzewczą przy niższych temperaturach powietrza, przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej wydajności w łagodniejszych warunkach. Tego typu systemy mają zazwyczaj wyższe wartości SEER i HSPF, przy czym niektóre systemy osiągają SEER do 42, a HSPF zbliżają się do 13.

Certyfikacja, standardy i skale ocen

Kanadyjskie Stowarzyszenie Normalizacyjne (CSA) obecnie weryfikuje wszystkie pompy ciepła pod kątem bezpieczeństwa elektrycznego. Norma wydajności określa testy i warunki testowe, w których określa się wydajność i wydajność ogrzewania i chłodzenia pomp ciepła. Normy testowania wydajności powietrznych pomp ciepła to CSA C656, które (od 2014 r.) zostały zharmonizowane z normą ANSI/AHRI 210/240-2008, Ocena wydajności jednostkowych urządzeń klimatyzacyjnych i powietrznych pomp ciepła. Zastępuje także CAN/CSA-C273.3-M91, normę wydajności dla centralnych klimatyzatorów i pomp ciepła w systemie Split.

Rozważania dotyczące rozmiaru

Aby odpowiednio dobrać rozmiar systemu pompy ciepła, ważne jest zrozumienie potrzeb ogrzewania i chłodzenia domu. Zaleca się zatrudnienie specjalisty ds. ogrzewania i chłodzenia w celu wykonania wymaganych obliczeń. Obciążenia ogrzewania i chłodzenia należy określać przy użyciu uznanej metody doboru, takiej jak CSA F280-12, „Determining the Required Performance of Residential Space Heating and Cooling Appliances”.

Rozmiar systemu pompy ciepła powinien być dobrany zgodnie z obciążeniem budynku związanym z klimatem, ogrzewaniem i chłodzeniem oraz celami instalacji (np. maksymalizacja oszczędności energii grzewczej w porównaniu z wymianą istniejącego systemu w określonych porach roku). Aby pomóc w tym procesie, firma NRCan opracowała Przewodnik dotyczący doboru i doboru powietrznych pomp ciepła. Ten przewodnik wraz z towarzyszącym mu oprogramowaniem jest przeznaczony dla doradców ds. energetyki i projektantów mechanicznych i jest ogólnie dostępny w celu zapewnienia wskazówek dotyczących odpowiedniego wymiarowania.

Jeżeli pompa ciepła jest za mała, można zauważyć, że dodatkowy system ogrzewania będzie częściej używany. Chociaż system o zbyt małych wymiarach będzie nadal działał wydajnie, oczekiwane oszczędności energii mogą nie zostać uzyskane z powodu częstego stosowania dodatkowego systemu grzewczego.

Podobnie, jeśli pompa ciepła jest przewymiarowana, pożądane oszczędności energii mogą nie zostać osiągnięte z powodu nieefektywnej pracy w łagodniejszych warunkach. Chociaż dodatkowy system ogrzewania działa rzadziej, w cieplejszych warunkach otoczenia pompa ciepła wytwarza zbyt dużo ciepła, a urządzenie włącza się i wyłącza, co prowadzi do dyskomfortu, zużycia pompy ciepła i poboru mocy w trybie gotowości. Dlatego ważne jest, aby dobrze poznać obciążenie grzewcze i charakterystykę działania pompy ciepła, aby osiągnąć optymalne oszczędności energii.

Inne kryteria wyboru

Oprócz rozmiaru należy wziąć pod uwagę kilka dodatkowych czynników wydajności:

• HSPF: Wybierz jednostkę o tak wysokim HSPF, jak to możliwe. W przypadku jednostek o porównywalnych parametrach HSPF należy sprawdzić ich parametry w stanie ustalonym przy –8,3°C, czyli w niskiej temperaturze. Jednostka o wyższej wartości będzie najbardziej wydajna w większości regionów Kanady.
• Odszranianie: Wybierz jednostkę ze sterowaniem odszranianiem na żądanie. Minimalizuje to cykle odszraniania, co zmniejsza zużycie energii dodatkowej i energii pompy ciepła.
• Ocena dźwięku: Dźwięk mierzony jest w jednostkach zwanych decybelami (dB). Im niższa wartość, tym niższa moc akustyczna emitowana przez jednostkę zewnętrzną. Im wyższy poziom decybeli, tym głośniejszy hałas. Większość pomp ciepła ma poziom hałasu 76 dB lub niższy.

Uwagi dotyczące instalacji

Powietrzne pompy ciepła powinny być instalowane przez wykwalifikowanego wykonawcę. Skonsultuj się z lokalnym specjalistą ds. ogrzewania i chłodzenia, aby dobrać wymiary, zainstalować i konserwować sprzęt, aby zapewnić wydajne i niezawodne działanie. Jeśli chcesz zastosować pompę ciepła w celu zastąpienia lub uzupełnienia pieca centralnego, powinieneś mieć świadomość, że pompy ciepła zazwyczaj działają przy większym przepływie powietrza niż systemy piecowe. W zależności od wielkości nowej pompy ciepła mogą być konieczne pewne modyfikacje przewodów, aby uniknąć dodatkowego hałasu i zużycia energii przez wentylator. Twój wykonawca będzie mógł udzielić Ci wskazówek w konkretnym przypadku.

Koszt instalacji powietrznej pompy ciepła zależy od rodzaju systemu, celów projektowych oraz istniejących urządzeń grzewczych i kanałów w domu. W niektórych przypadkach mogą być wymagane dodatkowe modyfikacje przewodów lub instalacji elektrycznych, aby zapewnić obsługę nowej instalacji pompy ciepła.

Rozważania dotyczące operacji

Podczas obsługi pompy ciepła należy zwrócić uwagę na kilka ważnych rzeczy:

• Optymalizuj nastawy pompy ciepła i systemu dodatkowego. Jeśli posiadasz dodatkowy system elektryczny (np. listwy przypodłogowe lub elementy oporowe w kanałach), pamiętaj o zastosowaniu niższej nastawy temperatury dla systemu dodatkowego. Pomoże to zmaksymalizować ilość ciepła dostarczanego przez pompę ciepła do Twojego domu, obniżając zużycie energii i rachunki za media. Zalecana jest nastawa o 2°C do 3°C niższa od nastawy temperatury ogrzewania pompy ciepła. Skonsultuj się z wykonawcą instalacji w sprawie optymalnej wartości zadanej dla Twojego systemu.
• Skonfiguruj wydajne rozmrażanie. Możesz zmniejszyć zużycie energii, konfigurując system tak, aby wyłączał wentylator wewnętrzny podczas cykli odszraniania. Może to wykonać instalator. Należy jednak pamiętać, że w przypadku tej konfiguracji rozmrażanie może potrwać nieco dłużej.
• Minimalizuj spadki temperatury. Pompy ciepła reagują wolniej niż systemy piecowe, dlatego trudniej im jest reagować na głębokie spadki temperatury. Należy zastosować umiarkowane obniżenie temperatury nie większe niż 2°C lub zastosować „inteligentny” termostat, który włącza system wcześniej, w oczekiwaniu na powrót do normalnego funkcjonowania po spadku. Ponownie skonsultuj się z wykonawcą instalacji w sprawie optymalnej temperatury obniżonej dla Twojego systemu.
• Zoptymalizuj kierunek przepływu powietrza. Jeśli posiadasz jednostkę wewnętrzną montowaną na ścianie, rozważ dostosowanie kierunku nawiewu, aby zmaksymalizować komfort. Większość producentów zaleca kierowanie przepływu powietrza w dół podczas ogrzewania i w kierunku mieszkańców podczas chłodzenia.
• Zoptymalizuj ustawienia wentylatora. Pamiętaj także o dostosowaniu ustawień wentylatora, aby zmaksymalizować komfort. Aby zmaksymalizować ciepło dostarczane przez pompę ciepła, zaleca się ustawienie prędkości wentylatora na wysoką lub na opcję „Auto”. Podczas chłodzenia, aby poprawić również osuszanie, zaleca się „niską” prędkość wentylatora.

Uwagi dotyczące konserwacji

Właściwa konserwacja ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia wydajnej, niezawodnej i długiej żywotności pompy ciepła. Powinieneś zlecić wykwalifikowanemu wykonawcy coroczną konserwację urządzenia, aby upewnić się, że wszystko jest w dobrym stanie.

Oprócz corocznej konserwacji jest kilka prostych rzeczy, które możesz zrobić, aby zapewnić niezawodne i wydajne działanie. Pamiętaj, aby wymieniać lub czyścić filtr powietrza co 3 miesiące, ponieważ zatkane filtry zmniejszą przepływ powietrza i zmniejszą wydajność systemu. Należy także upewnić się, że otwory wentylacyjne i kratki wentylacyjne w domu nie są zablokowane przez meble lub wykładzinę, ponieważ niewystarczający przepływ powietrza do lub z urządzenia może skrócić żywotność sprzętu i zmniejszyć wydajność systemu.

Koszty operacyjne

Oszczędności energii wynikające z zainstalowania pompy ciepła mogą pomóc w obniżeniu miesięcznych rachunków za energię. Osiągnięcie redukcji rachunków za energię w dużej mierze zależy od ceny energii elektrycznej w porównaniu z innymi paliwami, takimi jak gaz ziemny lub olej opałowy, a także, w przypadku zastosowań modernizacyjnych, od rodzaju wymienianego systemu.

Ogólnie rzecz biorąc, pompy ciepła są droższe w porównaniu z innymi systemami, takimi jak piece lub elektryczne listwy przypodłogowe, ze względu na liczbę elementów systemu. W niektórych regionach i przypadkach ten dodatkowy koszt można odzyskać w stosunkowo krótkim czasie dzięki oszczędnościom w kosztach mediów. Jednakże w innych regionach zróżnicowane stawki za media mogą wydłużyć ten okres. Ważne jest, aby współpracować z wykonawcą lub doradcą ds. energii, aby oszacować ekonomikę pomp ciepła w Twojej okolicy i potencjalne oszczędności, jakie możesz osiągnąć.

Długość życia i gwarancje

Powietrzne pompy ciepła mają żywotność od 15 do 20 lat. Sprężarka jest krytycznym elementem systemu.

Większość pomp ciepła objęta jest roczną gwarancją na części i robociznę oraz dodatkową gwarancją na sprężarkę trwającą od pięciu do dziesięciu lat (tylko na części). Jednak gwarancje różnią się w zależności od producenta, dlatego sprawdź drobny druk.

Uwaga:

Część artykułów została zaczerpnięta z Internetu. Jeśli doszło do naruszenia, skontaktuj się z nami, aby je usunąć. Jeśli interesują Cię produkty z pompami ciepła, skontaktuj się z firmą produkującą pompy ciepła OSB, jesteśmy najlepszym wyborem.