Отопление и охлаждане с термопомпа-част 1

Въведение

Ако проучвате опции за отопление и охлаждане на дома си или за намаляване на сметките си за енергия, може да помислите за термопомпена система. Термопомпите са доказана и надеждна технология в Канада, способна да осигури целогодишно управление на комфорта за вашия дом чрез доставяне на топлина през зимата, охлаждане през лятото и в някои случаи загряване на топла вода за вашия дом.

Термопомпите могат да бъдат отличен избор в различни приложения, както за нови домове, така и за реконструкция на съществуващи системи за отопление и охлаждане. Те също са опция при подмяна на съществуващи климатични системи, тъй като допълнителните разходи за преминаване от система само за охлаждане към термопомпа често са доста ниски. Като се има предвид богатството от различни видове системи и опции, често може да бъде трудно да се определи дали термопомпата е правилната опция за вашия дом.

Ако обмисляте термопомпа, вероятно имате редица въпроси, включително:

• Какви видове термопомпи се предлагат?
• Каква част от годишните ми нужди за отопление и охлаждане може да осигури една термопомпа?
• Какъв размер термопомпа ми трябва за моя дом и приложение?
• Колко струват термопомпите в сравнение с други системи и колко мога да спестя от сметката си за енергия?
• Ще трябва ли да правя допълнителни промени в дома си?
• Колко обслужване ще изисква системата?

Тази брошура предоставя важни факти за термопомпите, за да ви помогне да бъдете по-информирани и да ви помогне да направите правилния избор за вашия дом. Използвайки тези въпроси като ръководство, тази брошура описва най-често срещаните видове термопомпи и обсъжда факторите, включени в избора, инсталирането, експлоатацията и поддръжката на термопомпа.

Целева публика

Тази брошура е предназначена за собственици на жилища, които търсят основна информация за термопомпените технологии, за да подпомогнат вземането на информирани решения относно избора и интегрирането на системата, експлоатацията и поддръжката. Предоставената тук информация е обща и специфичните подробности може да варират в зависимост от вашата инсталация и типа на системата. Тази брошура не трябва да замества работата с изпълнител или енергиен съветник, който ще гарантира, че вашата инсталация отговаря на вашите нужди и желани цели.

Бележка за управление на енергията в дома

Термопомпите са много ефективни системи за отопление и охлаждане и могат значително да намалят разходите ви за енергия. Ако мислите за дома като система, препоръчително е топлинните загуби от вашия дом да бъдат сведени до минимум от зони като изтичане на въздух (през пукнатини, дупки), лошо изолирани стени, тавани, прозорци и врати.

Първото справяне с тези проблеми може да ви позволи да използвате термопомпа с по-малък размер, като по този начин намалите разходите за термопомпено оборудване и позволите на вашата система да работи по-ефективно.

Редица публикации, обясняващи как да направите това, са достъпни от Natural Resources Canada.

Какво е термопомпа и как работи?

Термопомпите са доказана технология, която се използва от десетилетия, както в Канада, така и в световен мащаб, за ефективно осигуряване на отопление, охлаждане и в някои случаи топла вода на сгради. Всъщност е вероятно да взаимодействате с термопомпената технология ежедневно: хладилниците и климатиците работят, използвайки същите принципи и технология. Този раздел представя основите на работата на термопомпата и представя различните видове системи.

Основни понятия за термопомпа

Термопомпата е електрически задвижвано устройство, което извлича топлина от място с ниска температура (източник) и я доставя на място с по-висока температура (мивка).

За да разберете този процес, помислете за каране на велосипед над хълм: не са необходими усилия за преминаване от върха на хълма до дъното, тъй като велосипедът и ездачът ще се движат естествено от високо място към по-ниско. Изкачването по хълма обаче изисква много повече работа, тъй като моторът се движи срещу естествената посока на движение.

По подобен начин топлината естествено преминава от места с по-висока температура към места с по-ниска температура (напр. през зимата топлината от вътрешността на сградата се губи навън). Термопомпата използва допълнителна електрическа енергия, за да противодейства на естествения поток от топлина и да изпомпва наличната енергия от по-студено място към по-топло.

И така, как термопомпата отоплява или охлажда вашия дом? Тъй като енергията се извлича от източник, температурата на източника се намалява. Ако домът се използва като източник, топлинната енергия ще бъде отстранена, охлаждайки това пространство. Така работи термопомпата в режим на охлаждане и е същия принцип, използван от климатици и хладилници. По същия начин, когато енергията се добавя към мивката, нейната температура се повишава. Ако домът се използва като мивка, ще се добави топлинна енергия, затопляща пространството. Термопомпата е напълно реверсивна, което означава, че може както да отоплява, така и да охлажда вашия дом, осигурявайки целогодишен комфорт.

Източници и поглътители за термопомпи

Изборът на източник и поглъщател за вашата термопомпена система до голяма степен определя производителността, капиталовите разходи и оперативните разходи на вашата система. Този раздел предоставя кратък преглед на често срещаните източници и приемници за жилищни приложения в Канада.

Източници: Два източника на топлинна енергия се използват най-често за отопление на домове с термопомпи в Канада:

• Източник на въздух: Термопомпата изтегля топлина от външния въздух през отоплителния сезон и отхвърля топлината навън през летния сезон на охлаждане.
• Може да е изненадващо да знаете, че дори когато външните температури са ниски, все още е налична голяма част от енергията, която може да бъде извлечена и доставена до сградата. Например съдържанието на топлина във въздуха при -18°C се равнява на 85% от топлината, съдържаща се при 21°C. Това позволява на термопомпата да осигури добра степен на отопление, дори при по-студено време.
• Системите с въздушен източник са най-често срещаните на канадския пазар с над 700 000 инсталирани единици в цяла Канада.
• Този тип система е разгледана по-подробно в раздела Термопомпи въздух-източник.
• Земен източник: Земната термопомпа използва земята, подпочвените води или и двете като източник на топлина през зимата и като резервоар за отвеждане на топлината, отвеждана от дома през лятото.
• Тези термопомпи са по-рядко срещани от агрегатите с въздушен източник, но се използват все по-широко във всички провинции на Канада. Основното им предимство е, че не са подложени на екстремни температурни колебания, като използват земята като източник на постоянна температура, което води до най-енергийно ефективния тип термопомпена система.
• Този тип система е разгледана по-подробно в раздела Земни термопомпи.

Мивки: Две мивки за топлинна енергия се използват най-често за отопление на домове с термопомпи в Канада:

• Въздухът в помещенията се нагрява от термопомпа. Това може да стане чрез: Водата вътре в сградата се нагрява. След това тази вода може да се използва за обслужване на терминални системи като радиатори, лъчист под или вентилаторни конвектори чрез хидравлична система.
  • Система с централни канали или
  • Вътрешно тяло без канали, като например монтирано на стена тяло.

Въведение в ефективността на термопомпата

Пещите и котлите осигуряват отопление на помещенията чрез добавяне на топлина към въздуха чрез изгаряне на гориво като природен газ или мазут. Въпреки че ефективността непрекъснато се подобрява, тя все още остава под 100%, което означава, че не цялата налична енергия от горенето се използва за загряване на въздуха.

Термопомпите работят на различен принцип. Входящото електричество в термопомпата се използва за пренос на топлинна енергия между две места. Това позволява на термопомпата да работи по-ефективно, с типична ефективност доста над

100%, т.е. произвежда се повече топлинна енергия от количеството електрическа енергия, използвано за изпомпването й.

Важно е да се отбележи, че ефективността на термопомпата зависи до голяма степен от температурите на източника и поглъщателя. Точно както по-стръмен хълм изисква повече усилия за изкачване на велосипед, по-големите температурни разлики между източника и поглъщателя на термопомпата изискват тя да работи по-усилено и може да намали ефективността. Определянето на правилния размер на термопомпата за максимизиране на сезонната ефективност е от решаващо значение. Тези аспекти се обсъждат по-подробно в разделите Термопомпи въздух-източник и Термопомпи земя-източник.

Терминология за ефективност

В каталозите на производителя се използват различни показатели за ефективност, което може да направи разбирането на производителността на системата донякъде объркващо за купувача за първи път. По-долу е дадена разбивка на някои често използвани термини за ефективност:

Стационарни показатели: Тези мерки описват ефективността на термопомпата в „стационарно състояние“, т.е. без реални колебания в сезона и температурата. Като такива, тяхната стойност може да се промени значително, тъй като температурите на източника и поглъщателя и други работни параметри се променят. Показателите за стабилно състояние включват:

Коефициент на ефективност (COP): COP е съотношението между скоростта, с която термопомпата пренася топлинна енергия (в kW), и количеството електрическа мощност, необходимо за извършване на изпомпването (в kW). Например, ако една термопомпа използва 1 kW електрическа енергия, за да пренесе 3 kW топлина, COP ще бъде 3.

Коефициент на енергийна ефективност (EER): EER е подобен на COP и описва постоянната охлаждаща ефективност на термопомпа. Определя се чрез разделяне на охладителния капацитет на термопомпата в Btu/h на входящата електрическа енергия във ватове (W) при определена температура. EER се свързва стриктно с описание на ефективността на охлаждане в стационарно състояние, за разлика от COP, който може да се използва за изразяване на ефективността на термопомпа както при отопление, така и при охлаждане.

Показатели за сезонна ефективност: Тези мерки са предназначени да дадат по-добра оценка на ефективността през отоплителен или охлаждащ сезон, като включват вариации в „реалния живот“ в температурите през сезона.

Сезонните показатели включват:

• Коефициент на сезонна производителност на отопление (HSPF): HSPF е съотношението на това колко енергия термопомпата доставя на сградата през целия отоплителен сезон (в Btu) към общата енергия (във ватчасове), която използва за същия период.

Характеристиките на метеорологичните данни за дългосрочните климатични условия се използват за представяне на отоплителния сезон при изчисляването на HSPF. Това изчисление обаче обикновено е ограничено до един регион и може да не представя напълно ефективността в Канада. Някои производители могат да предоставят HSPF за друг климатичен регион при поискване; но обикновено HSPF се отчитат за регион 4, представляващ климат, подобен на този в Средния запад на САЩ. Регион 5 ще обхваща по-голямата част от южната половина на провинциите в Канада, от вътрешността на Британска Колумбия до Ню Брънзуик.

• Коефициент на сезонна енергийна ефективност (SEER): SEER измерва ефективността на охлаждане на термопомпата през целия сезон на охлаждане. Определя се чрез разделяне на общото охлаждане, осигурено през сезона на охлаждане (в Btu) на общата енергия, използвана от термопомпата през това време (във ватчасове). SEER се основава на климат със средна лятна температура от 28°C.

Важна терминология за термопомпени системи

Ето някои общи термини, които може да срещнете, докато проучвате термопомпи.

Компоненти на термопомпената система

Хладилният агент е течността, която циркулира през термопомпата, като последователно абсорбира, транспортира и освобождава топлина. В зависимост от местоположението си течността може да бъде течна, газообразна или смес от газ/пари

Реверсивният вентил контролира посоката на потока на хладилния агент в термопомпата и превключва термопомпата от режим на отопление в режим на охлаждане или обратно.

Намотката е контур или контури от тръби, където се извършва пренос на топлина между източника/мивката и хладилния агент. Тръбата може да има ребра за увеличаване на повърхността, достъпна за топлообмен.

Изпарителят е серпентина, в която хладилният агент абсорбира топлина от околната среда и кипи, за да се превърне в пара с ниска температура. Докато хладилният агент преминава от реверсивния клапан към компресора, акумулаторът събира излишната течност, която не се е изпарила в газ. Не всички термопомпи обаче имат акумулатор.

Компресорът притиска молекулите на хладилния газ заедно, повишавайки температурата на хладилния агент. Това устройство помага за пренос на топлинна енергия между източника и мивката.

Кондензаторът е намотка, в която хладилният агент отдава топлина на околната среда и се превръща в течност.

Разширителното устройство намалява налягането, създадено от компресора. Това води до спад на температурата и хладилният агент се превръща в нискотемпературна смес пара/течност.

Външното тяло е мястото, където топлината се пренася към/от външния въздух в термопомпа с въздушен източник. Това устройство обикновено съдържа намотка на топлообменник, компресор и разширителен вентил. Изглежда и работи по същия начин като външната част на климатик.

Вътрешната серпентина е мястото, където топлината се пренася към/от вътрешния въздух в някои видове термопомпи с източник въздух. Обикновено вътрешното тяло съдържа намотка на топлообменник и може също да включва допълнителен вентилатор за циркулация на нагрят или охладен въздух в обитаваното пространство.

Нагнетателната камера, която се вижда само в канални инсталации, е част от мрежата за разпределение на въздуха. Пленумът е въздушно отделение, което представлява част от системата за разпределение на топъл или охладен въздух през къщата. Обикновено това е голямо отделение непосредствено над или около топлообменника.

Други условия

Мерни единици за капацитет или потребление на мощност:

• Btu/h или британска топлинна единица на час е единица, използвана за измерване на топлинната мощност на отоплителна система. Едно Btu е количеството топлинна енергия, отделена от типична свещ за рожден ден. Ако тази топлинна енергия се освободи в продължение на един час, тя ще бъде еквивалентна на един Btu/h.
• kW или киловат е равен на 1000 вата. Това е количеството мощност, необходимо за десет 100-ватови електрически крушки.
• Един тон е мярка за капацитет на термопомпата. Това е еквивалентно на 3,5 kW или 12 000 Btu/h.

Въздушни термопомпи

Термопомпите с източник на въздух използват външния въздух като източник на топлинна енергия в режим на отопление и като поглъщател за отхвърляне на енергия, когато са в режим на охлаждане. Тези типове системи обикновено могат да бъдат класифицирани в две категории:

Термопомпи въздух-въздух. Тези модули загряват или охлаждат въздуха във вашия дом и представляват по-голямата част от интеграциите на термопомпи с въздушен източник в Канада. Те могат да бъдат допълнително класифицирани според вида на инсталацията:

• Канал: Вътрешната намотка на термопомпата е разположена в канал. Въздухът се нагрява или охлажда, преминавайки през намотката, преди да бъде разпределен през тръбопровода на различни места в дома.
• Без въздуховод: Вътрешната намотка на термопомпата се намира във вътрешно тяло. Тези вътрешни модули обикновено са разположени на пода или стената на обитаваното пространство и директно загряват или охлаждат въздуха в това пространство. Сред тези единици може да видите термините мини- и мулти-сплит:
  • Мини-сплит: Едно вътрешно тяло е разположено вътре в дома и се обслужва от едно външно тяло.
  • Multi-Split: Няколко вътрешни тела са разположени в дома и се обслужват от едно външно тяло.

Системите въздух-въздух са по-ефективни, когато температурната разлика между вътрешната и външната е по-малка. Поради това термопомпите въздух-въздух обикновено се опитват да оптимизират своята ефективност, като осигуряват по-голям обем топъл въздух и загряват този въздух до по-ниска температура (обикновено между 25 и 45°C). Това контрастира със системите за пещи, които доставят по-малък обем въздух, но загряват този въздух до по-високи температури (между 55°C и 60°C). Ако преминавате към термопомпа от пещ, може да забележите това, когато започнете да използвате новата си термопомпа.

Термопомпи въздух-вода: По-рядко срещани в Канада, термопомпите въздух-вода загряват или охлаждат вода и се използват в домове с хидравлични (базирани на вода) разпределителни системи като нискотемпературни радиатори, лъчисти подове или вентилаторни конвектори. В режим на отопление термопомпата осигурява топлинна енергия на хидравличната система. Този процес се обръща в режим на охлаждане и топлинната енергия се извлича от хидравличната система и се отхвърля във външния въздух.

Работните температури в хидравличната система са критични при оценката на термопомпи въздух-вода. Термопомпите въздух-вода работят по-ефективно при нагряване на водата до по-ниски температури, т.е. под 45 до 50°C, и като такива са по-подходящи за лъчисти подове или вентилаторни конвектори. Трябва да се внимава, ако се обмисля използването им с високотемпературни радиатори, които изискват температура на водата над 60°C, тъй като тези температури обикновено надхвърлят границите на повечето жилищни термопомпи.

Основни предимства на въздушните термопомпи

Инсталирането на въздушна термопомпа може да ви предложи редица предимства. Този раздел изследва как въздушните термопомпи могат да се възползват от енергийния отпечатък на вашето домакинство.

Ефективност

Основното предимство от използването на термопомпа с въздушен източник е високата ефективност, която тя може да осигури при отопление в сравнение с типичните системи като пещи, котли и електрически цокли. При 8°C коефициентът на ефективност (COP) на въздушно-въздушните термопомпи обикновено варира между 2,0 и 5,4. Това означава, че за единици с COP от 5, 5 киловатчаса (kWh) топлина се прехвърлят за всеки kWh електроенергия, доставена на термопомпата. Тъй като температурата на външния въздух пада, COP са по-ниски, тъй като термопомпата трябва да работи при по-голяма температурна разлика между вътрешното и външното пространство. При –8°C COP може да варира от 1,1 до 3,7.

На сезонна база коефициентът на отоплителна сезонна ефективност (HSPF) на наличните на пазара единици може да варира от 7,1 до 13,2 (регион V). Важно е да се отбележи, че тези оценки на HSPF са за район с климат, подобен на Отава. Реалните спестявания силно зависят от местоположението на инсталацията на вашата термопомпа.

Икономия на енергия

По-високата ефективност на термопомпата може да доведе до значително намаляване на потреблението на енергия. Реалните спестявания във вашата къща ще зависят от редица фактори, включително вашия местен климат, ефективност на текущата ви система, размер и тип термопомпа и стратегия за управление. Налични са много онлайн калкулатори, които предоставят бърза оценка на това колко спестявания на енергия можете да очаквате за вашето конкретно приложение. Инструментът ASHP-Eval на NRCan е свободно достъпен и може да се използва от монтажници и механични дизайнери, за да ви помогне да дадете съвет относно вашата ситуация.

Как работи въздушна термопомпа?

Препис

Въздушна термопомпа има три цикъла:

• Отоплителният цикъл: Осигуряване на топлинна енергия на сградата
• Охлаждащият цикъл: Отстраняване на топлинна енергия от сградата
• Цикълът на размразяване: Отстраняване на скреж
• натрупване на намотки на открито

Отоплителният цикъл

Забележка:

Някои от статиите са взети от интернет. Ако има някакво нарушение, моля свържете се с нас, за да го изтрием. Ако се интересувате от термопомпени продукти，моля не се колебайте да се свържете с компанията за термопомпи OSB，ние сме най-добрият избор.