Uvod
Če iščete možnosti za ogrevanje in hlajenje vašega doma ali zmanjšanje računov za energijo, bi morda želeli razmisliti o sistemu toplotne črpalke. Toplotne črpalke so preizkušena in zanesljiva tehnologija v Kanadi, ki lahko zagotovi celoletni nadzor udobja za vaš dom z dovajanjem toplote pozimi, hlajenjem poleti in v nekaterih primerih ogrevanjem tople vode za vaš dom.
Toplotne črpalke so lahko odlična izbira v različnih aplikacijah, tako za nove domove kot za nadgradnjo obstoječih ogrevalnih in hladilnih sistemov. Možnost so tudi pri zamenjavi obstoječih klimatskih sistemov, saj so dodatni stroški prehoda s sistema samo za hlajenje na toplotno črpalko pogosto precej nizki. Glede na bogastvo različnih vrst sistemov in možnosti je pogosto težko ugotoviti, ali je toplotna črpalka prava izbira za vaš dom.
Če razmišljate o toplotni črpalki, imate verjetno številna vprašanja, vključno z:
- Katere vrste toplotnih črpalk so na voljo?
- Kolikšen del mojih letnih potreb po ogrevanju in hlajenju lahko zagotovi toplotna črpalka?
- Kakšno velikost toplotne črpalke potrebujem za svoj dom in uporabo?
- Koliko stanejo toplotne črpalke v primerjavi z drugimi sistemi in koliko bi lahko prihranil na računu za energijo?
- Ali bom moral narediti dodatne spremembe v svojem domu?
- Koliko servisiranja bo zahteval sistem?
V tej knjižici so pomembna dejstva o toplotnih črpalkah, ki vam bodo pomagala biti bolj obveščeni in vam pomagala narediti pravo izbiro za vaš dom. Z uporabo teh vprašanj kot vodnika ta brošura opisuje najpogostejše tipe toplotnih črpalk in obravnava dejavnike, ki so vključeni v izbiro, namestitev, delovanje in vzdrževanje toplotne črpalke.
Predvideno občinstvo
Ta knjižica je namenjena lastnikom stanovanj, ki iščejo osnovne informacije o tehnologijah toplotnih črpalk, da bi podprli informirano odločanje glede izbire in integracije sistema, delovanja in vzdrževanja. Tukaj navedene informacije so splošne, posebne podrobnosti pa se lahko razlikujejo glede na vašo namestitev in vrsto sistema. Ta knjižica ne sme nadomestiti sodelovanja z izvajalcem ali energetskim svetovalcem, ki bo zagotovil, da bo vaša namestitev ustrezala vašim potrebam in želenim ciljem.
Opomba o upravljanju z energijo v domu
Toplotne črpalke so zelo učinkoviti ogrevalni in hladilni sistemi in lahko znatno zmanjšajo vaše stroške energije. Pri razmišljanju o domu kot sistemu je priporočljivo zmanjšati toplotne izgube iz vašega doma na območjih, kot so uhajanje zraka (skozi razpoke, luknje), slabo izolirane stene, stropi, okna in vrata.
Če se najprej lotite teh težav, lahko uporabite manjšo toplotno črpalko, s čimer zmanjšate stroške opreme toplotne črpalke in omogočite učinkovitejše delovanje vašega sistema.
Številne publikacije, ki pojasnjujejo, kako to storiti, so na voljo pri Natural Resources Canada.
Kaj je toplotna črpalka in kako deluje?
Toplotne črpalke so preizkušena tehnologija, ki se že desetletja uporablja tako v Kanadi kot po svetu za učinkovito ogrevanje, hlajenje in v nekaterih primerih toplo vodo v zgradbah. Pravzaprav je verjetno, da s tehnologijo toplotne črpalke sodelujete vsak dan: hladilniki in klimatske naprave delujejo po enakih principih in tehnologiji. V tem razdelku so predstavljene osnove delovanja toplotne črpalke in predstavljene različne vrste sistemov.
Osnovni koncepti toplotne črpalke
Toplotna črpalka je naprava na električni pogon, ki pridobiva toploto iz mesta z nizko temperaturo (vira) in jo oddaja v mesto z višjo temperaturo (ponor).
Da bi razumeli ta proces, pomislite na vožnjo s kolesom čez hrib: ni potrebe po naporu, da bi šli z vrha hriba na dno, saj se bosta kolo in kolesar naravno premaknila z višjega na nižje. Vzpon v hrib pa zahteva veliko več dela, saj se kolo giblje v nasprotni naravni smeri gibanja.
Na podoben način toplota naravno teče iz krajev z višjo temperaturo v mesta z nižjo temperaturo (npr. pozimi se toplota iz notranjosti stavbe izgublja navzven). Toplotna črpalka uporablja dodatno električno energijo za preprečevanje naravnega toka toplote in črpa energijo, ki je na voljo v hladnejšem prostoru, v toplejše.
Kako torej toplotna črpalka ogreva ali hladi vaš dom? Ko se energija črpa iz vira, se temperatura vira zmanjša. Če se kot vir uporabi dom, se toplotna energija odvzame in ta prostor ohladi. Tako deluje toplotna črpalka v načinu hlajenja, po enakem principu pa delujejo klimatske naprave in hladilniki. Podobno, ko se umivalniku dodaja energija, se njegova temperatura poveča. Če se dom uporablja kot umivalnik, bo dodana toplotna energija, ki ogreva prostor. Toplotna črpalka je popolnoma reverzibilna, kar pomeni, da lahko ogreva in hladi vaš dom ter zagotavlja udobje vse leto.
Viri in ponori za toplotne črpalke
Izbira vira in ponora za vaš sistem toplotne črpalke ima veliko vlogo pri določanju zmogljivosti, stroškov kapitala in obratovalnih stroškov vašega sistema. V tem razdelku je kratek pregled običajnih virov in ponorov za uporabo v stanovanjskih objektih v Kanadi.
Viri: Za ogrevanje domov s toplotnimi črpalkami se v Kanadi najpogosteje uporabljata dva vira toplotne energije:
- Vir zraka: toplotna črpalka črpa toploto iz zunanjega zraka med kurilno sezono in odvaja toploto zunaj med poletno sezono hlajenja.
- Morda je presenetljivo vedeti, da je tudi pri nizkih zunanjih temperaturah še vedno na voljo veliko energije, ki jo je mogoče pridobiti in dostaviti v stavbo. Na primer, vsebnost toplote v zraku pri -18 °C je enaka 85 % vsebovane toplote pri 21 °C. Toplotni črpalki omogoča dobro ogrevanje tudi v hladnejšem vremenu.
- Sistemi zračnega vira so najpogostejši na kanadskem trgu, z več kot 700.000 nameščenimi enotami po vsej Kanadi.
- Ta tip sistema je podrobneje obravnavan v poglavju Toplotne črpalke zrak-vir.
- Zemlja-vir: Toplotna črpalka-zemlja uporablja zemljo, podtalnico ali oboje kot vir toplote pozimi in kot rezervoar za odvajanje toplote, odvedene iz doma poleti.
- Te toplotne črpalke so manj pogoste kot enote z zračnim virom, vendar se vse bolj uporabljajo v vseh provincah Kanade. Njihova primarna prednost je, da niso podvrženi ekstremnim temperaturnim nihanjem, saj uporabljajo tla kot vir stalne temperature, kar je energetsko najučinkovitejši tip sistema toplotne črpalke.
- Ta vrsta sistema je podrobneje obravnavana v poglavju Toplotne črpalke zemlja-voda.
Ponori: Za ogrevanje domov s toplotnimi črpalkami se v Kanadi najpogosteje uporabljata dva ponora toplotne energije:
- Zrak v prostorih ogreva toplotna črpalka. To je mogoče storiti tako: Voda v zgradbi se segreje. To vodo je mogoče nato uporabiti za oskrbo s terminalskimi sistemi, kot so radiatorji, sevalna tla ali ventilatorske konvektorje prek hidravličnega sistema.
- Centralno kanalski sistem oz
- Notranja enota brez kanala, na primer stenska enota.
Uvod v učinkovitost toplotne črpalke
Peči in kotli zagotavljajo ogrevanje prostora z dodajanjem toplote zraku z zgorevanjem goriva, kot je zemeljski plin ali kurilno olje. Čeprav se izkoristki nenehno izboljšujejo, še vedno ostajajo pod 100 %, kar pomeni, da se vsa razpoložljiva energija iz zgorevanja ne porabi za ogrevanje zraka.
Toplotne črpalke delujejo po drugačnem principu. Dovedena električna energija v toplotno črpalko se uporablja za prenos toplotne energije med dvema lokacijama. To omogoča, da toplotna črpalka deluje bolj učinkovito, s tipičnimi izkoristki, ki so precej višji
100 %, kar pomeni, da se proizvede več toplotne energije, kot je porabljene električne energije za črpanje.
Pomembno je vedeti, da je učinkovitost toplotne črpalke močno odvisna od temperature vira in ponora. Tako kot strmejši hrib zahteva več napora za vzpenjanje s kolesom, večje temperaturne razlike med virom in ponorom toplotne črpalke zahtevajo večjo moč delovanja in lahko zmanjšajo učinkovitost. Določanje prave velikosti toplotne črpalke za povečanje sezonske učinkovitosti je ključnega pomena. Ti vidiki so podrobneje obravnavani v razdelkih Toplotne črpalke zrak-vir in Toplotne črpalke zemlja-vir.
Terminologija učinkovitosti
V katalogih proizvajalcev se uporabljajo različne meritve učinkovitosti, zaradi česar je lahko razumevanje delovanja sistema za prvega kupca nekoliko zmedeno. Spodaj je razčlenitev nekaterih pogosto uporabljenih izrazov učinkovitosti:
Meritve stabilnega stanja: Ti ukrepi opisujejo učinkovitost toplotne črpalke v "stabilnem stanju", tj. brez resničnih nihanj letnega časa in temperature. Kot taka se lahko njihova vrednost znatno spremeni, ko se spremenijo temperature vira in ponora ter drugi operativni parametri. Meritve v stanju dinamičnega ravnovesja vključujejo:
Koeficient učinkovitosti (COP): COP je razmerje med hitrostjo, s katero toplotna črpalka prenaša toplotno energijo (v kW), in količino električne energije, ki je potrebna za črpanje (v kW). Na primer, če bi toplotna črpalka porabila 1 kW električne energije za prenos 3 kW toplote, bi bil COP 3.
Razmerje energetske učinkovitosti (EER): EER je podoben COP in opisuje učinkovitost hlajenja toplotne črpalke v stabilnem stanju. Določi se tako, da se hladilna zmogljivost toplotne črpalke v Btu/h deli z vhodno električno energijo v vatih (W) pri določeni temperaturi. EER je strogo povezan z opisom učinkovitosti hlajenja v stabilnem stanju, za razliko od COP, ki se lahko uporablja za izražanje učinkovitosti toplotne črpalke pri ogrevanju in hlajenju.
Meritve sezonske učinkovitosti: Ti ukrepi so oblikovani tako, da dajejo boljšo oceno učinkovitosti v sezoni ogrevanja ali hlajenja z vključitvijo variacij temperatur v "resničnem življenju" v sezoni.
Sezonske meritve vključujejo:
- Faktor sezonske učinkovitosti ogrevanja (HSPF): HSPF je razmerje med količino energije, ki jo toplotna črpalka dobavi stavbi v celotni ogrevalni sezoni (v Btu), in skupno energijo (v vatnih urah), ki jo porabi v istem obdobju.
Značilnosti vremenskih podatkov o dolgoročnih podnebnih razmerah se uporabljajo za predstavitev ogrevalne sezone pri izračunu HSPF. Vendar je ta izračun običajno omejen na eno samo regijo in morda ne predstavlja v celoti uspešnosti po vsej Kanadi. Nekateri proizvajalci lahko na zahtevo zagotovijo HSPF za drugo podnebno regijo; vendar se HSPF običajno poroča za regijo 4, ki predstavlja podnebje, podobno srednjemu zahodu ZDA. Regija 5 bi pokrivala večino južne polovice provinc v Kanadi, od notranjosti BC do New Brunswicka.
- Sezonsko razmerje energetske učinkovitosti (SEER): SEER meri učinkovitost hlajenja toplotne črpalke v celotni hladilni sezoni. Določi se tako, da se skupno hlajenje, zagotovljeno v hladilni sezoni (v Btu), deli s skupno energijo, ki jo toplotna črpalka porabi v tem času (v vatnih urah). SEER temelji na podnebju s povprečno poletno temperaturo 28 °C.
Pomembna terminologija za sisteme toplotnih črpalk
Tukaj je nekaj pogostih izrazov, na katere lahko naletite med raziskovanjem toplotnih črpalk.
Komponente sistema toplotne črpalke
Hladilno sredstvo je tekočina, ki kroži skozi toplotno črpalko in izmenično absorbira, prenaša in sprošča toploto. Odvisno od lokacije je tekočina lahko tekoča, plinasta ali mešanica plina in pare
Povratni ventil krmili smer pretoka hladiva v toplotni črpalki in preklopi toplotno črpalko iz načina ogrevanja v način hlajenja ali obratno.
Tuljava je zanka ali zanke cevi, kjer poteka prenos toplote med virom/ponorom in hladilnim sredstvom. Cev ima lahko rebra za povečanje površine, ki je na voljo za izmenjavo toplote.
Uparjalnik je tuljava, v kateri hladilno sredstvo absorbira toploto iz okolice in vre v nizkotemperaturno paro. Ko hladilno sredstvo prehaja od povratnega ventila do kompresorja, zbiralnik zbere vso odvečno tekočino, ki ni izhlapela v plin. Vse toplotne črpalke pa nimajo akumulatorja.
Kompresor stisne molekule hladilnega plina skupaj, kar poveča temperaturo hladilnega sredstva. Ta naprava pomaga prenašati toplotno energijo med virom in ponorom.
Kondenzator je tuljava, v kateri hladilno sredstvo oddaja toploto svoji okolici in postane tekočina.
Ekspanzijska naprava zniža tlak, ki ga ustvari kompresor. To povzroči padec temperature in hladilno sredstvo postane nizkotemperaturna mešanica hlapov/tekočine.
Zunanja enota je mesto, kjer se toplota prenaša v/iz zunanjega zraka v toplotni črpalki zrak-vir. Ta enota običajno vsebuje tuljavo izmenjevalnika toplote, kompresor in ekspanzijski ventil. Izgleda in deluje na enak način kot zunanji del klimatske naprave.
Notranja tuljava je mesto, kjer se toplota prenaša v/iz zraka v zaprtih prostorih v nekaterih vrstah toplotnih črpalk zrak-vir. Na splošno notranja enota vsebuje tuljavo izmenjevalnika toplote in lahko vključuje tudi dodaten ventilator za kroženje ogrevanega ali ohlajenega zraka v zasedeni prostor.
Plenum, viden samo v kanalskih inštalacijah, je del omrežja za distribucijo zraka. Plenum je zračni predel, ki je del sistema za distribucijo ogrevanega ali ohlajenega zraka skozi hišo. Običajno gre za velik predel neposredno nad ali okoli izmenjevalnika toplote.
Drugi pogoji
Merske enote za zmogljivost ali porabo energije:
- Btu/h ali britanska toplotna enota na uro je enota, ki se uporablja za merjenje toplotne moči ogrevalnega sistema. En Btu je količina toplotne energije, ki jo odda tipična rojstnodnevna sveča. Če bi se ta toplotna energija sprostila v eni uri, bi bila enaka enemu Btu/h.
- kW ali kilovat je enak 1000 vatov. Toliko moči potrebuje deset 100-vatnih žarnic.
- Tona je merilo za zmogljivost toplotne črpalke. Enakovredno je 3,5 kW ali 12 000 Btu/h.
Toplotne črpalke zrak-vir
Toplotne črpalke zrak-vir uporabljajo zunanji zrak kot vir toplotne energije v načinu ogrevanja in kot ponor za odvajanje energije v načinu hlajenja. Te vrste sistemov lahko na splošno razvrstimo v dve kategoriji:
Toplotne črpalke zrak-zrak. Te enote ogrevajo ali hladijo zrak v vašem domu in predstavljajo veliko večino integracij toplotnih črpalk zrak-vir v Kanadi. Nadalje jih lahko razvrstimo glede na vrsto namestitve:
- Kanal: notranja tuljava toplotne črpalke je nameščena v kanalu. Zrak se segreva ali ohlaja s prehodom čez tuljavo, preden se porazdeli po kanalu na različne lokacije v domu.
- Brez kanala: notranja tuljava toplotne črpalke je nameščena v notranji enoti. Te notranje enote so običajno nameščene na tleh ali steni zasedenega prostora in neposredno ogrevajo ali hladijo zrak v tem prostoru. Med temi enotami boste morda videli izraza mini- in multi-split:
- Mini-Split: ena notranja enota je nameščena znotraj doma, oskrbuje pa jo ena zunanja enota.
- Multi-Split: V domu je nameščenih več notranjih enot, ki jih oskrbuje ena zunanja enota.
Sistemi zrak-zrak so učinkovitejši, če je razlika med notranjo in zunanjo temperaturo manjša. Zaradi tega toplotne črpalke zrak-zrak na splošno poskušajo optimizirati svojo učinkovitost z zagotavljanjem večje količine toplega zraka in segrevanjem tega zraka na nižjo temperaturo (običajno med 25 in 45 °C). To je v nasprotju s sistemi peči, ki dovajajo manjšo količino zraka, vendar ta zrak segrejejo na višje temperature (med 55 °C in 60 °C). Če prehajate na toplotno črpalko s peči, boste to morda opazili, ko začnete uporabljati novo toplotno črpalko.
Toplotne črpalke zrak-voda: toplotne črpalke zrak-voda, ki so v Kanadi manj pogoste, ogrevajo ali hladijo vodo in se uporabljajo v domovih s hidravličnimi (na vodni osnovi) distribucijskimi sistemi, kot so nizkotemperaturni radiatorji, sevalna tla ali ventilatorske konvektorje. V načinu ogrevanja toplotna črpalka zagotavlja toplotno energijo hidravličnemu sistemu. Ta proces se v načinu hlajenja obrne, toplotna energija pa se odvzame iz hidravličnega sistema in odda v zunanji zrak.
Delovne temperature v hidravličnem sistemu so kritične pri ocenjevanju toplotnih črpalk zrak-voda. Toplotne črpalke zrak-voda delujejo učinkoviteje pri segrevanju vode na nižje temperature, to je pod 45 do 50°C, in so kot take primernejše za sevalna tla ali ventilatorske konvektorje. Bodite previdni, če razmišljate o njihovi uporabi z visokotemperaturnimi radiatorji, ki zahtevajo temperaturo vode nad 60 °C, saj te temperature običajno presegajo omejitve večine stanovanjskih toplotnih črpalk.
Glavne prednosti toplotnih črpalk na zrak
Namestitev toplotne črpalke zrak-vir vam lahko ponudi številne prednosti. Ta razdelek raziskuje, kako lahko toplotne črpalke na zrak koristijo energetskemu odtisu vašega gospodinjstva.
Učinkovitost
Glavna prednost uporabe toplotne črpalke zrak-vir je visoka učinkovitost, ki jo lahko zagotovi pri ogrevanju v primerjavi s tipičnimi sistemi, kot so peči, kotli in električne podstavke. Pri 8 °C se koeficient učinkovitosti (COP) toplotnih črpalk zrak-vir običajno giblje med 2,0 in 5,4. To pomeni, da se pri enotah s COP 5 prenese 5 kilovatnih ur (kWh) toplote za vsako kWh električne energije, dobavljene toplotni črpalki. Z nižanjem temperature zunanjega zraka so COP nižji, saj mora toplotna črpalka delovati pri večji temperaturni razliki med notranjim in zunanjim prostorom. Pri –8 °C se lahko COP giblje od 1,1 do 3,7.
Na sezonski osnovi se lahko faktor sezonske učinkovitosti ogrevanja (HSPF) tržno dostopnih enot spreminja od 7,1 do 13,2 (regija V). Pomembno je omeniti, da so te ocene HSPF za območje s podnebjem, podobnim Ottawi. Dejanski prihranki so zelo odvisni od lokacije vaše toplotne črpalke.
Varčevanje z energijo
Večji izkoristek toplotne črpalke lahko pomeni znatno zmanjšanje porabe energije. Dejanski prihranki v vaši hiši bodo odvisni od številnih dejavnikov, vključno z vašim lokalnim podnebjem, učinkovitostjo vašega trenutnega sistema, velikostjo in vrsto toplotne črpalke ter strategijo nadzora. Na voljo je veliko spletnih kalkulatorjev, s katerimi lahko hitro ocenite, koliko prihrankov energije lahko pričakujete za vašo določeno aplikacijo. Orodje NRCan ASHP-Eval je prosto dostopno in ga lahko uporabljajo inštalaterji in mehanski oblikovalci za pomoč pri svetovanju glede vaše situacije.
Kako deluje toplotna črpalka na zrak?
Prepis
Toplotna črpalka zrak-vir ima tri cikle:
- Ogrevalni cikel: zagotavljanje toplotne energije stavbi
- Hladilni cikel: Odvzem toplotne energije iz stavbe
- Cikel odmrzovanja: Odstranjevanje ledu
- kopičenje na tuljavah na prostem
Ogrevalni cikel
Opomba:
Nekateri članki so vzeti iz interneta. Če pride do kakršne koli kršitve, se obrnite na nas, da jo izbrišemo. Če vas zanimajo izdelki toplotnih črpalk，se obrnite na podjetje OSB toplotne črpalke，mi smo vaša najboljša izbira.
Čas objave: Nov-01-2022