Отопление и охлаждане с термопомпа - част 4

В отоплителния цикъл подпочвената вода, сместа против замръзване или хладилният агент (който е циркулирал през подземната тръбопроводна система и е поел топлината от почвата) се връща обратно към термопомпения модул вътре в къщата. В системите с подпочвена вода или смес от антифриз, след това преминава през напълнения с хладилен агент първичен топлообменник. В DX системите хладилният агент влиза директно в компресора, без междинен топлообменник.

Топлината се прехвърля към хладилния агент, който при кипене се превръща в пара с ниска температура. В отворена система подпочвената вода след това се изпомпва обратно и се изхвърля в езеро или в кладенец. В система със затворен цикъл антифризната смес или хладилният агент се изпомпва обратно към подземната тръбопроводна система, за да се нагрее отново.

Реверсивният клапан насочва парите на хладилния агент към компресора. След това парата се компресира, което намалява обема й и я кара да се нагрява.

И накрая, реверсивният клапан насочва вече горещия газ към бобината на кондензатора, където той предава топлината си на въздушната или хидравличната система за отопление на дома. Отдавайки топлината си, хладилният агент преминава през разширителното устройство, където температурата и налягането му се понижават допълнително, преди да се върне към първия топлообменник или към земята в DX система, за да започне цикъла отново.

Охлаждащият цикъл

Цикълът на „активно охлаждане“ е по същество обратен на цикъла на отопление. Посоката на потока на хладилния агент се променя от реверсивния клапан. Хладилният агент поема топлината от въздуха в къщата и я пренася директно, в DX системи, или към подпочвените води или сместа против замръзване. След това топлината се изпомпва навън, във водно тяло или връщащ се кладенец (в отворена система) или в подземния тръбопровод (в система със затворен контур). Част от тази излишна топлина може да се използва за предварително загряване на битова гореща вода.

За разлика от термопомпите въздух-източник, системите от земен източник не изискват цикъл на размразяване. Температурите под земята са много по-стабилни от температурите на въздуха, а самата термопомпа се намира вътре; следователно проблемите със замръзване не възникват.

Части от системата

Наземните термопомпени системи имат три основни компонента: самата термопомпена единица, течна топлообменна среда (отворена система или затворен контур) и разпределителна система (въздушна или хидравлична), която разпределя топлинната енергия от топлината помпа към сградата.

Земните термопомпи са проектирани по различни начини. За базирани на въздух системи, самостоятелните модули комбинират вентилатора, компресора, топлообменника и кондензаторната намотка в един шкаф. Разделените системи позволяват намотката да бъде добавена към пещ с принудителен въздух и да използва съществуващия вентилатор и пещ. За хидравлични системи, както източникът, така и поглъщащият топлообменник и компресорът са в един шкаф.

Съображения за енергийна ефективност

Както при термопомпите въздух-източник, термопомпените системи земя-източник се предлагат в набор от различни ефективности. Вижте предишния раздел, наречен Въведение в ефективността на термопомпата, за обяснение какво представляват COP и EER. Диапазоните на COP и EER за наличните на пазара единици са дадени по-долу.

Подземни води или приложения с отворен цикъл

Отопление

• Минимален COP за отопление: 3,6
• Диапазон, COP за отопление в наличните на пазара продукти: 3,8 до 5,0

Охлаждане

• Минимален EER: 16.2
• Диапазон, EER в наличните на пазара продукти: 19,1 до 27,5

Приложения със затворен цикъл

Отопление

• Минимален COP за отопление: 3.1
• Диапазон, COP за отопление в наличните на пазара продукти: 3,2 до 4,2

Охлаждане

• Минимален EER: 13,4
• Диапазон, EER в наличните на пазара продукти: 14,6 до 20,4

Минималната ефективност за всеки тип се регулира на федерално ниво, както и в някои провинциални юрисдикции. Налице е драстично подобрение в ефективността на наземните системи. Същите разработки в компресорите, двигателите и контролите, които са достъпни за производителите на термопомпи с въздушен източник, водят до по-високи нива на ефективност на системите с наземно захранване.

Системите от по-нисък клас обикновено използват двустепенни компресори, относително стандартен размер топлообменници хладилен агент-въздух и извънгабаритни топлообменници хладилен агент-вода с подобрена повърхност. Устройствата в диапазона с висока ефективност са склонни да използват компресори с множество или променлива скорост, вътрешни вентилатори с променлива скорост или и двете. Намерете обяснение за едноскоростните и променливоскоростните термопомпи в раздела Въздушна термопомпа.

Сертифициране, стандарти и скали за оценка

Канадската асоциация по стандартизация (CSA) в момента проверява всички термопомпи за електрическа безопасност. Стандартът за производителност определя изпитвания и условия на изпитване, при които се определят мощностите и ефективността на термопомпата за отопление и охлаждане. Стандартите за тестване на производителността на наземни системи са CSA C13256 (за системи с вторичен контур) и CSA C748 (за DX системи).

Съображения за оразмеряване

Важно е земният топлообменник да съответства добре на капацитета на термопомпата. Системи, които не са балансирани и не могат да възстановят енергията, извлечена от сондажното поле, непрекъснато ще работят по-лошо с течение на времето, докато термопомпата вече не може да извлича топлина.

Както при термопомпените системи с въздушен източник, обикновено не е добра идея да се оразмерява система с източник на земя, за да осигури цялата топлина, необходима на къщата. За рентабилност системата обикновено трябва да бъде оразмерена така, че да покрива по-голямата част от годишната нужда на домакинството от отоплителна енергия. Случайният пиков отоплителен товар по време на тежки климатични условия може да бъде посрещнат от допълнителна отоплителна система.

Вече се предлагат системи с вентилатори и компресори с променлива скорост. Този тип система може да отговори на всички охлаждащи натоварвания и повечето отоплителни натоварвания при ниска скорост, като високата скорост е необходима само за високи отоплителни натоварвания. Намерете обяснение за едноскоростните и променливоскоростните термопомпи в раздела Въздушна термопомпа.

Предлагат се различни размери системи, за да отговарят на канадския климат. Жилищните модули варират в номинален размер (охлаждане със затворен контур) от 1,8 kW до 21,1 kW (6 000 до 72 000 Btu/h) и включват опции за битова гореща вода (БГВ).

Съображения за проектиране

За разлика от термопомпите източник въздух, термопомпите източник земя изискват земен топлообменник за събиране и разсейване на топлина под земята.

Системи с отворен цикъл

Отворената система използва подпочвена вода от конвенционален кладенец като източник на топлина. Подземните води се изпомпват към топлообменник, където се извлича топлинна енергия и се използва като източник за термопомпата. След това подпочвените води, излизащи от топлообменника, се инжектират отново във водоносния хоризонт.

Друг начин за освобождаване на използваната вода е чрез кладенец за отхвърляне, който е втори кладенец, който връща водата в земята. Кладенецът за отхвърляне трябва да има достатъчен капацитет за изхвърляне на цялата вода, преминала през термопомпата, и трябва да бъде инсталиран от квалифициран сондаж. Ако имате допълнителен съществуващ кладенец, вашият изпълнител на термопомпа трябва да има сондаж за кладенец, който да гарантира, че е подходящ за използване като кладенец за отхвърляне. Независимо от използвания подход, системата трябва да бъде проектирана така, че да предотвратява всякакви щети за околната среда. Термопомпата просто отнема или добавя топлина към водата; не се добавят замърсители. Единствената промяна във водата, върната в околната среда, е леко повишаване или понижаване на температурата. Важно е да се консултирате с местните власти, за да разберете всички разпоредби или правила относно системите с отворена верига във вашия район.

Размерът на термопомпеното устройство и спецификациите на производителя ще определят количеството вода, необходимо за една отворена система. Изискването за вода за конкретен модел термопомпа обикновено се изразява в литри в секунда (L/s) и е посочено в спецификациите за това устройство. Термопомпа с капацитет 10 kW (34 000 Btu/h) ще използва 0,45 до 0,75 L/s, докато работи.

Вашата комбинация от кладенец и помпа трябва да е достатъчно голяма, за да доставя водата, необходима на термопомпата в допълнение към нуждите ви от битова вода. Може да се наложи да разширите своя резервоар под налягане или да модифицирате водопровода си, за да доставяте подходяща вода към термопомпата.

Лошото качество на водата може да причини сериозни проблеми в отворените системи. Не трябва да използвате вода от извор, езеро, река или езеро като източник за вашата термопомпена система. Частици и други вещества могат да запушат термопомпена система и да я направят неработеща за кратък период от време. Трябва също така да тествате водата си за киселинност, твърдост и съдържание на желязо, преди да инсталирате термопомпа. Вашият изпълнител или производител на оборудване може да ви каже какво ниво на качество на водата е приемливо и при какви обстоятелства може да са необходими специални материали за топлообменник.

Инсталирането на отворена система често е предмет на местните закони за зониране или изисквания за лицензиране. Проверете при местните власти, за да определите дали във вашия район важат ограничения.

Системи със затворен цикъл

Система със затворен цикъл извлича топлина от самата земя, като използва непрекъснат кръг от вкопана пластмасова тръба. В случай на DX системи се използват медни тръби. Тръбата е свързана към вътрешната термопомпа, за да образува запечатан подземен контур, през който циркулира разтвор против замръзване или хладилен агент. Докато отворената система източва вода от кладенец, системата със затворен цикъл рециркулира разтвора на антифриз в тръбата под налягане.

Тръбата се поставя в един от трите вида подредби:

• Вертикално: Вертикалното разположение на затворената верига е подходящ избор за повечето крайградски домове, където пространството е ограничено. Тръбите се вкарват в пробити отвори с диаметър 150 mm (6 инча) на дълбочина от 45 до 150 m (150 до 500 фута), в зависимост от почвените условия и размера на системата. В дупките се вкарват U-образни бримки от тръба. DX системите могат да имат отвори с по-малък диаметър, което може да намали разходите за пробиване.
• Диагонално (под ъгъл): Диагоналното (под ъгъл) затворен контур е подобно на вертикално затворен контур; но сондажите са под ъгъл. Този тип подреждане се използва, когато пространството е много ограничено и достъпът е ограничен до една точка на влизане.
• Хоризонтално: Хоризонталното разположение е по-често срещано в селските райони, където имотите са по-големи. Тръбата се поставя в изкопи, обикновено с дълбочина от 1,0 до 1,8 m (3 до 6 фута), в зависимост от броя на тръбите в изкопа. Обикновено са необходими 120 до 180 m (400 до 600 фута) тръба на тон капацитет на термопомпата. Например, добре изолиран дом от 185 m2 (2000 кв. фута) обикновено се нуждае от тритона система, изискваща 360 до 540 m (1200 до 1800 фута) тръба.
  Най-често срещаният хоризонтален дизайн на топлообменника е две тръби, разположени една до друга в един и същ изкоп. Други конструкции с хоризонтална верига използват четири или шест тръби във всеки изкоп, ако площта на земята е ограничена. Друг дизайн, който понякога се използва, когато площта е ограничена, е „спирала“ – която описва неговата форма.

Независимо от разположението, което изберете, всички тръбопроводи за системи с антифризни разтвори трябва да бъдат най-малко серия 100 от полиетилен или полибутилен с термично разтопени съединения (за разлика от бодливи фитинги, скоби или залепени съединения), за да се осигурят връзки без течове през целия живот на тръбопроводи. Правилно инсталирани, тези тръби ще издържат от 25 до 75 години. Те не се влияят от химикали, открити в почвата, и имат добри топлопроводими свойства. Разтворът против замръзване трябва да бъде приемлив за местните служители по околната среда. DX системите използват медни тръби за охлаждане.

Нито вертикалните, нито хоризонталните контури оказват неблагоприятно въздействие върху ландшафта, стига вертикалните сондажи и изкопи да са правилно запълнени и трамбовани (уплътнени здраво).

Инсталациите с хоризонтална верига използват канали с ширина от 150 до 600 mm (6 до 24 инча). Това оставя оголени площи, които могат да бъдат възстановени със семена от трева или копка. Вертикалните контури изискват малко пространство и водят до по-малко щети на моравата.

Важно е хоризонталните и вертикалните контури да бъдат монтирани от квалифициран изпълнител. Пластмасовите тръбопроводи трябва да бъдат термично затопени и трябва да има добър контакт земя-тръба, за да се осигури добър топлопренос, като този, постигнат чрез фугиране на сондажи с Tremie. Последното е особено важно за вертикални топлообменни системи. Неправилната инсталация може да доведе до по-лоша работа на термопомпата.

Съображения за инсталиране

Както при термопомпените системи въздух-източник, термопомпите от земен източник трябва да бъдат проектирани и инсталирани от квалифицирани изпълнители. Консултирайте се с местен изпълнител на термопомпи, за да проектирате, инсталирате и обслужите вашето оборудване, за да осигурите ефективна и надеждна работа. Също така се уверете, че всички инструкции на производителя се следват внимателно. Всички инсталации трябва да отговарят на изискванията на CSA C448 Series 16, стандарт за инсталация, определен от Канадската асоциация по стандартизация.

Общата инсталирана цена на наземните системи варира в зависимост от специфичните условия на обекта. Разходите за монтаж варират в зависимост от вида на земния колектор и спецификациите на оборудването. Допълнителните разходи на такава система могат да бъдат възстановени чрез спестяване на разходи за енергия за период от едва 5 години. Периодът на изплащане зависи от различни фактори като почвени условия, натоварвания за отопление и охлаждане, сложността на преоборудването на HVAC, местните тарифи за комунални услуги и източника на гориво за отопление, който се подменя. Консултирайте се с вашата електрическа компания, за да прецените ползите от инвестирането в система от земен източник. Понякога се предлага евтин финансов план или стимул за одобрени инсталации. Важно е да работите с вашия изпълнител или енергиен консултант, за да получите оценка на икономиката на термопомпите във вашия район и потенциалните спестявания, които можете да постигнете.

Съображения за работа

Трябва да имате предвид няколко важни неща, когато работите с вашата термопомпа:

• Оптимизирайте зададените точки на термопомпата и допълнителната система. Ако имате допълнителна електрическа система (напр. цокли или съпротивителни елементи в канала), не забравяйте да използвате по-ниска температурна настройка за вашата допълнителна система. Това ще помогне да се увеличи максимално количеството отопление, което термопомпата осигурява на вашия дом, намалявайки потреблението на енергия и сметките за комунални услуги. Препоръчва се зададена точка от 2°C до 3°C под зададената точка за отопление на термопомпата. Консултирайте се с вашия изпълнител за монтаж относно оптималната зададена точка за вашата система.
• Минимизиране на температурните спадове. Термопомпите имат по-бавна реакция от пещните системи, така че по-трудно реагират на дълбоки спадове на температурата. Трябва да се използват умерени спадове от не повече от 2°C или да се използва „интелигентен“ термостат, който включва системата рано, в очакване на възстановяване от спада. Отново се консултирайте с вашия изпълнител за монтаж относно оптималната температура на понижение за вашата система.

Съображения за поддръжка

Трябва да накарате квалифициран изпълнител да извършва годишна поддръжка веднъж годишно, за да сте сигурни, че вашата система остава ефективна и надеждна.

Ако имате разпределителна система на базата на въздух, можете също да поддържате по-ефективни операции, като сменяте или почиствате филтъра на всеки 3 месеца. Трябва също да се уверите, че вашите вентилационни отвори и регистри не са блокирани от мебели, килими или други предмети, които биха възпрепятствали въздушния поток.

Оперативни разходи

Експлоатационните разходи на система от земен източник обикновено са значително по-ниски от тези на други отоплителни системи, поради икономиите на гориво. Квалифицираните монтажници на термопомпи трябва да могат да ви дадат информация за това колко електричество би използвала определена система от земен източник.

Относителните спестявания ще зависят от това дали в момента използвате електричество, нефт или природен газ, както и от относителните разходи за различните енергийни източници във вашия район. Пускайки термопомпа, ще използвате по-малко газ или петрол, но повече електричество. Ако живеете в район, където електричеството е скъпо, оперативните ви разходи може да са по-високи.

Очаквана продължителност на живота и гаранции

Земните термопомпи обикновено имат очаквана продължителност на живота от около 20 до 25 години. Това е по-високо, отколкото при термопомпи с въздушен източник, тъй като компресорът има по-малко термично и механично напрежение и е защитен от околната среда. Продължителността на живота на самата земна верига се доближава до 75 години.

Повечето термични помпени агрегати със земен източник са покрити от едногодишна гаранция за части и труд, а някои производители предлагат разширени гаранционни програми. Въпреки това гаранциите варират между производителите, така че не забравяйте да проверите дребния шрифт.

Свързано оборудване

Надграждане на електрическата услуга

Най-общо казано, не е необходимо да надграждате електрическата услуга, когато инсталирате допълнителна термопомпа с въздушен източник. Възрастта на услугата и общото електрическо натоварване на къщата обаче може да наложат надграждане.

Обикновено е необходима електрическа услуга от 200 ампера за инсталиране или на изцяло електрическа термопомпа с източник въздух, или на термопомпа с източник земя. Ако преминавате от отоплителна система на базата на природен газ или мазут, може да е необходимо да надстроите вашия електрически панел.

Допълнителни отоплителни системи

Термопомпени системи с въздушен източник

Въздушните термопомпи имат минимална външна работна температура и могат да загубят част от способността си да отопляват при много ниски температури. Поради това повечето инсталации с въздушни източници изискват допълнителен източник на отопление за поддържане на вътрешните температури през най-студените дни. Допълнително отопление може също да е необходимо, когато термопомпата се размразява.

Повечето системи с източник на въздух се изключват при една от трите температури, които могат да бъдат зададени от вашия монтажен изпълнител:

• Точка на термичен баланс: Температурата, под която термопомпата няма достатъчен капацитет, за да задоволи самостоятелно нуждите от отопление на сградата.
• Точка на икономически баланс: Температурата, под която съотношението на електричество към допълнително гориво (напр. природен газ) означава, че използването на допълнителната система е по-рентабилно.
• Температура на изключване: Минималната работна температура за термопомпата.

Повечето допълнителни системи могат да бъдат класифицирани в две категории:

• Хибридни системи: В хибридна система, термопомпата източник на въздух използва допълнителна система като пещ или котел. Тази опция може да се използва при нови инсталации, а също така е добър вариант, когато термопомпа се добавя към съществуваща система, например, когато се монтира термопомпа като заместител на централен климатик.
  Тези видове системи поддържат превключване между термопомпа и допълнителни операции според точката на термичен или икономически баланс.
  Тези системи не могат да работят едновременно с термопомпата – или термопомпата работи, или пещта на газ/нафта работи.
• Всички електрически системи: В тази конфигурация операциите на термопомпата се допълват с електрически съпротивителни елементи, разположени в тръбопровода или с електрически первази.
  Тези системи могат да работят едновременно с термопомпата и следователно могат да се използват в стратегии за контрол на точката на балансиране или прекъсване на температурата.

Сензор за външна температура изключва термопомпата, когато температурата падне под предварително зададената граница. Под тази температура работи само системата за допълнително отопление. Сензорът обикновено се настройва да се изключва при температурата, съответстваща на точката на икономическия баланс, или при външната температура, под която е по-евтино да се отоплява с допълнителната отоплителна система вместо с термопомпата.

Термопомпени системи от земен източник

Наземните системи продължават да работят независимо от външната температура и като такива не подлежат на същия вид експлоатационни ограничения. Допълнителната отоплителна система осигурява само топлина, която е извън номиналния капацитет на наземния източник.

Термостати

Конвенционални термостати

Повечето канални жилищни едноскоростни термопомпени системи се инсталират с вътрешен термостат „двустепенно отопление/едностепенно охлаждане“. Първият етап изисква топлина от термопомпата, ако температурата падне под предварително зададеното ниво. Вторият етап изисква топлина от допълнителната отоплителна система, ако вътрешната температура продължава да пада под желаната температура. Жилищните термопомпи с въздушен източник без канали обикновено се инсталират с едностепенен термостат за отопление/охлаждане или в много случаи с вграден термостат, който се настройва от дистанционно, което се доставя с модула.

Най-често използваният тип термостат е типът „настрой и забрави“. Инсталаторът се консултира с вас преди да зададе желаната температура. След като това стане, можете да забравите за термостата; той автоматично ще превключи системата от режим на отопление в режим на охлаждане или обратно.

Има два вида външни термостати, използвани с тези системи. Първият тип контролира работата на електросъпротивителната система за допълнително отопление. Това е същият тип термостат, който се използва с електрическа пещ. Той включва различни степени на нагревателите, докато външната температура пада прогресивно по-ниска. Това гарантира, че се осигурява правилното количество допълнителна топлина в отговор на външните условия, което увеличава ефективността и ви спестява пари. Вторият тип просто изключва въздушната термопомпа, когато външната температура падне под определено ниво.

Пониженията на термостата може да не доведат до същия вид ползи с термопомпените системи, както с по-конвенционалните отоплителни системи. В зависимост от количеството на забавянето и спада на температурата, термопомпата може да не е в състояние да достави цялата топлина, необходима за връщане на температурата до желаното ниво в кратък срок. Това може да означава, че системата за допълнително отопление работи, докато термопомпата „навакса“. Това ще намали спестяванията, които бихте очаквали да постигнете с инсталирането на термопомпата. Вижте дискусията в предишните раздели за минимизиране на температурните спадове.

Програмируеми термостати

Програмируемите термостати за термопомпи днес се предлагат от повечето производители на термопомпи и техните представители. За разлика от конвенционалните термостати, тези термостати постигат икономии от понижаване на температурата по време на празни периоди или през нощта. Въпреки че това се постига по различни начини от различните производители, термопомпата връща къщата до желаното температурно ниво със или без минимално допълнително отопление. За тези, които са свикнали с термостата за понижаване и програмируемите термостати, това може да е полезна инвестиция. Други налични функции с някои от тези електронни термостати включват следното:

• Програмируемо управление, което позволява избор на потребителя на автоматична термопомпа или работа само с вентилатор, по време на деня и ден от седмицата.
• Подобрен контрол на температурата в сравнение с конвенционалните термостати.
• Няма нужда от външни термостати, тъй като електронният термостат изисква допълнителна топлина само когато е необходимо.
• Няма нужда от външен термостат за управление на допълнителните термопомпи.

Икономиите от програмируеми термостати силно зависят от типа и размера на вашата термопомпена система. За системите с променлива скорост забавянето може да позволи на системата да работи на по-ниска скорост, намалявайки износването на компресора и спомагайки за повишаване на ефективността на системата.

Системи за разпределение на топлина

Термопомпените системи обикновено доставят по-голям обем въздушен поток при по-ниска температура в сравнение със системите с пещи. Поради това е много важно да се изследва захранващият въздушен поток на вашата система и как той може да се сравни с капацитета на въздушния поток на вашите съществуващи канали. Ако въздушният поток на термопомпата надвишава капацитета на вашите съществуващи въздуховоди, може да имате проблеми с шума или повишено потребление на енергия от вентилатора.

Новите термопомпени системи трябва да бъдат проектирани в съответствие с установената практика. Ако инсталацията е преоборудване, съществуващата тръбопроводна система трябва да бъде внимателно прегледана, за да се гарантира, че е подходяща.

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.