Ogrevanje in hlajenje s toplotno črpalko - 2. del

Med ogrevalnim ciklom se toplota vzame iz zunanjega zraka in "črpa" v zaprtih prostorih.

• Najprej gre tekoče hladilno sredstvo skozi ekspanzijsko napravo in se spremeni v nizkotlačno mešanico tekočina/hlapi. Nato gre v zunanjo tuljavo, ki deluje kot tuljava uparjalnika. Tekoče hladilno sredstvo absorbira toploto zunanjega zraka in zavre ter postane nizkotemperaturna para.
• Ta para prehaja skozi povratni ventil v akumulator, ki zbira preostalo tekočino, preden para vstopi v kompresor. Para se nato stisne, zmanjša se njena prostornina in povzroči segrevanje.
• Končno povratni ventil pošlje plin, ki je zdaj vroč, v notranjo tuljavo, ki je kondenzator. Toplota iz vročega plina se prenese na notranji zrak, zaradi česar hladilno sredstvo kondenzira v tekočino. Ta tekočina se vrne v ekspanzijsko napravo in cikel se ponovi. Notranja tuljava se nahaja v kanalu, blizu peči.

Sposobnost toplotne črpalke za prenos toplote iz zunanjega zraka v hišo je odvisna od zunanje temperature. Z nižanjem te temperature se zmanjša tudi sposobnost toplotne črpalke, da absorbira toploto. Pri mnogih napravah s toplotno črpalko zrak-vir to pomeni, da obstaja temperatura (imenovana točka toplotnega ravnovesja), ko je ogrevalna zmogljivost toplotne črpalke enaka toplotni izgubi hiše. Pod to zunanjo temperaturo okolja lahko toplotna črpalka zagotovi le del toplote, ki je potrebna za udobno bivanje, zato je potrebna dodatna toplota.

Pomembno je vedeti, da ima velika večina toplotnih črpalk zrak-vir minimalno delovno temperaturo, pod katero ne morejo delovati. Pri novejših modelih je to lahko med -15 °C in -25 °C. Pod to temperaturo je treba za ogrevanje stavbe uporabiti dodatni sistem.

Hladilni cikel

Zgoraj opisan cikel se obrne, da poleti ohladi hišo. Enota odvzema toploto iz notranjega zraka in jo odvaja zunaj.

• Tako kot v ogrevalnem ciklu gre tekoče hladilno sredstvo skozi ekspanzijsko napravo in se spremeni v nizkotlačno mešanico tekočina/hlapi. Nato gre v notranjo tuljavo, ki deluje kot uparjalnik. Tekoče hladilno sredstvo absorbira toploto iz zraka v zaprtih prostorih in zavre ter postane nizkotemperaturna para.
• Ta para gre skozi povratni ventil v akumulator, ki zbira preostalo tekočino, in nato v kompresor. Para se nato stisne, zmanjša se njena prostornina in povzroči segrevanje.
• Končno gre plin, ki je zdaj vroč, skozi povratni ventil do zunanje tuljave, ki deluje kot kondenzator. Toplota iz vročega plina se prenese na zunanji zrak, zaradi česar se hladilno sredstvo kondenzira v tekočino. Ta tekočina se vrne v ekspanzijsko napravo in cikel se ponovi.

Med hladilnim ciklom toplotna črpalka tudi razvlaži notranji zrak. Vlaga v zraku, ki prehaja čez notranjo tuljavo, kondenzira na površini tuljave in se zbira v posodi na dnu tuljave. Odvod kondenzata povezuje to posodo s hišnim odtokom.

Cikel odmrzovanja

Če zunanja temperatura pade blizu ledišča ali pod ledišče, ko toplotna črpalka deluje v načinu ogrevanja, bo vlaga v zraku, ki prehaja čez zunanjo tuljavo, kondenzirala in zmrznila na njej. Količina zmrzali je odvisna od zunanje temperature in količine vlage v zraku.

To kopičenje zmrzali zmanjša učinkovitost tuljave, saj zmanjša njeno sposobnost prenosa toplote na hladilno sredstvo. Na neki točki je treba zmrzal odstraniti. V ta namen toplotna črpalka preklopi v način odmrzovanja. Najpogostejši pristop je:

• Najprej preklopni ventil preklopi napravo v način hlajenja. To pošlje vroč plin v zunanjo tuljavo, da stopi zmrzal. Hkrati se zunanji ventilator, ki običajno piha hladen zrak čez tuljavo, izklopi, da se zmanjša količina toplote, ki je potrebna za taljenje zmrzali.
• Medtem ko se to dogaja, toplotna črpalka hladi zrak v kanalu. Ogrevalni sistem bi običajno ogreval ta zrak, saj je razporejen po hiši.

Ena od dveh metod se uporablja za določitev, kdaj enota preide v način odmrzovanja:

• Nadzor zmrzovanja na zahtevo nadzira pretok zraka, tlak hladilnega sredstva, temperaturo zraka ali tuljave in tlačno razliko v zunanji tuljavi, da zazna nabiranje zmrzali.
• Časovno-temperaturno odmrzovanje se začne in konča z vnaprej nastavljenim intervalnim časovnikom ali temperaturnim senzorjem, ki se nahaja na zunanji tuljavi. Cikel se lahko sproži vsakih 30, 60 ali 90 minut, odvisno od podnebja in zasnove sistema.

Nepotrebni cikli odmrzovanja zmanjšajo sezonsko delovanje toplotne črpalke. Posledično je metoda zmrzovanja na zahtevo na splošno učinkovitejša, saj začne cikel odmrzovanja le, ko je to potrebno.

Dodatni viri toplote

Ker imajo toplotne črpalke zrak-vir najnižjo zunanjo delovno temperaturo (med -15 °C in -25 °C) in zmanjšano zmogljivost ogrevanja pri zelo nizkih temperaturah, je pomembno razmisliti o dodatnem viru ogrevanja za delovanje toplotne črpalke zrak-vir. Dodatno ogrevanje je lahko potrebno tudi, ko se toplotna črpalka odtaljuje. Na voljo so različne možnosti:

• Vse električno: V tej konfiguraciji je delovanje toplotne črpalke dopolnjeno z električnimi uporovnimi elementi, ki se nahajajo v kanalih ali z električnimi podstavki. Ti uporovni elementi so manj učinkoviti od toplotne črpalke, vendar je njihova sposobnost ogrevanja neodvisna od zunanje temperature.
• Hibridni sistem: V hibridnem sistemu toplotna črpalka zrak-vir uporablja dodatni sistem, kot je peč ali kotel. Ta možnost se lahko uporablja pri novih inštalacijah, dobra pa je tudi pri dodajanju toplotne črpalke obstoječemu sistemu, na primer, ko se toplotna črpalka vgrajuje kot zamenjava za centralno klimatsko napravo.

Za več informacij o sistemih, ki uporabljajo dodatne vire ogrevanja, glejte zadnji del te knjižice, Povezana oprema. Tam lahko najdete razpravo o možnostih programiranja vašega sistema za prehod med uporabo toplotne črpalke in uporabo dodatnega vira toplote.

Premisleki glede energetske učinkovitosti

Za razumevanje tega razdelka si oglejte prejšnji razdelek Uvod v učinkovitost toplotne črpalke za razlago, kaj predstavljata HSPF in SEER.

V Kanadi predpisi o energetski učinkovitosti predpisujejo minimalno sezonsko učinkovitost pri ogrevanju in hlajenju, ki mora biti dosežena, da se izdelek prodaja na kanadskem trgu. Poleg teh predpisov ima lahko vaša provinca ali ozemlje strožje zahteve.

Spodaj so povzeti minimalna zmogljivost za Kanado kot celoto in tipični razponi za izdelke, ki so na voljo na trgu, za ogrevanje in hlajenje. Pomembno je tudi, da preverite, ali v vaši regiji veljajo kakršni koli dodatni predpisi, preden izberete svoj sistem.

Sezonska zmogljivost hlajenja, SEER:

• Najmanjši SEER (Kanada): 14
• Razpon, SEER na trgu Razpoložljivi izdelki: 14 do 42

Sezonska učinkovitost ogrevanja, HSPF

• Najmanjši HSPF (Kanada): 7,1 (za regijo V)
• Razpon, HSPF v izdelkih, ki so na voljo na trgu: 7,1 do 13,2 (za regijo V)

Opomba: faktorji HSPF so na voljo za podnebno cono V AHRI, ki ima podobno podnebje kot Ottawa. Dejanske sezonske učinkovitosti se lahko razlikujejo glede na vašo regijo. Trenutno se razvija nov standard zmogljivosti, katerega namen je bolje predstaviti delovanje teh sistemov v kanadskih regijah.

Dejanske vrednosti SEER ali HSPF so odvisne od različnih dejavnikov, povezanih predvsem z zasnovo toplotne črpalke. Trenutna zmogljivost se je v zadnjih 15 letih močno razvila, zaradi novega razvoja tehnologije kompresorjev, zasnove toplotnega izmenjevalnika ter izboljšanega pretoka in nadzora hladilnega sredstva.

Toplotne črpalke z eno hitrostjo in s spremenljivo hitrostjo

Posebej pomembna pri obravnavi učinkovitosti je vloga novih zasnov kompresorjev pri izboljšanju sezonske učinkovitosti. Običajno so enote, ki delujejo pri najmanjšem predpisanem SEER in HSPF, značilne enohitrostne toplotne črpalke. Sedaj so na voljo toplotne črpalke zrak-vir s spremenljivo hitrostjo, ki so zasnovane tako, da spreminjajo zmogljivost sistema, da se v danem trenutku bolje ujemajo s potrebami po ogrevanju/hlajenju hiše. To pomaga ohranjati najvišjo učinkovitost ves čas, tudi v blažjih pogojih, ko je sistem manj obremenjen.

Pred kratkim so bile na trg uvedene toplotne črpalke na zrak, ki so bolje prilagojene delovanju v mrzlem kanadskem podnebju. Ti sistemi, ki jih pogosto imenujemo toplotne črpalke za hladno podnebje, združujejo kompresorje s spremenljivo zmogljivostjo z izboljšanimi zasnovami toplotnega izmenjevalnika in nadzorom, da povečajo zmogljivost ogrevanja pri nižjih temperaturah zraka, hkrati pa ohranjajo visoko učinkovitost v blažjih pogojih. Te vrste sistemov imajo običajno višje vrednosti SEER in HSPF, pri čemer nekateri sistemi dosežejo SEER do 42, HSPF pa se približajo 13.

Certificiranje, standardi in ocenjevalne lestvice

Kanadsko združenje za standarde (CSA) trenutno preverja električno varnost vseh toplotnih črpalk. Standard zmogljivosti določa preskuse in preskusne pogoje, pri katerih se določajo ogrevalne in hladilne zmogljivosti ter učinkovitost toplotne črpalke. Standardi testiranja delovanja za toplotne črpalke zrak-vir so CSA C656, ki je (od leta 2014) usklajen z ANSI/AHRI 210/240-2008, Ocena učinkovitosti enotne klimatske naprave in opreme toplotne črpalke zraka. Prav tako nadomešča CAN/CSA-C273.3-M91, standard delovanja za centralne klimatske naprave in toplotne črpalke split-sistema.

Premisleki glede velikosti

Za ustrezno velikost sistema toplotne črpalke je pomembno razumeti potrebe po ogrevanju in hlajenju vašega doma. Priporočljivo je, da najamete strokovnjaka za ogrevanje in hlajenje, ki bo opravil zahtevane izračune. Obremenitve pri ogrevanju in hlajenju je treba določiti z uporabo priznane metode dimenzioniranja, kot je CSA F280-12, »Določanje zahtevane zmogljivosti naprav za ogrevanje in hlajenje stanovanjskih prostorov«.

Dimenzioniranje vašega sistema toplotne črpalke je treba izvesti v skladu z vašimi podnebnimi, ogrevalnimi in hladilnimi obremenitvami zgradbe ter cilji vaše namestitve (npr. čim večji prihranek energije pri ogrevanju v primerjavi z zamenjavo obstoječega sistema v določenih obdobjih v letu). Za pomoč pri tem procesu je NRCan razvil vodnik za določanje velikosti in izbiro toplotne črpalke na zrak. Ta priročnik je skupaj s spremljevalnim programskim orodjem namenjen energetskim svetovalcem in mehanskim načrtovalcem ter je prosto dostopen za zagotavljanje navodil za ustrezno dimenzioniranje.

Če je toplotna črpalka premajhna, boste opazili pogostejšo uporabo dopolnilnega ogrevalnega sistema. Čeprav bo premajhen sistem še vedno deloval učinkovito, morda ne boste dosegli pričakovanih prihrankov energije zaradi velike uporabe dodatnega ogrevalnega sistema.

Prav tako, če je toplotna črpalka predimenzionirana, morda ne bo dosežen želeni prihranek energije zaradi neučinkovitega delovanja v milejših pogojih. Medtem ko sistem dodatnega ogrevanja deluje redkeje, v toplejših okoljskih pogojih toplotna črpalka proizvaja preveč toplote in enota se vklaplja in izklaplja, kar povzroča nelagodje, obrabo toplotne črpalke in porabo električne energije v stanju pripravljenosti. Zato je pomembno, da dobro razumete svojo ogrevalno obremenitev in kakšne so značilnosti delovanja toplotne črpalke, da dosežete optimalne prihranke energije.

Druga izbirna merila

Poleg velikosti je treba upoštevati več dodatnih dejavnikov učinkovitosti:

• HSPF: Izberite enoto s tako visokim HSPF, kot je praktično. Za enote s primerljivimi ocenami HSPF preverite njihove ocene v stanju dinamičnega ravnovesja pri –8,3 °C, kar je nizka temperatura. Enota z višjo vrednostjo bo najučinkovitejša v večini regij Kanade.
• Odtaljevanje: izberite enoto z nadzorom odmrzovanja na zahtevo. To zmanjša cikle odmrzovanja, kar zmanjša porabo dodatne energije in energije toplotne črpalke.
• Ocena zvoka: zvok se meri v enotah, imenovanih decibeli (dB). Nižja kot je vrednost, manjša je zvočna moč, ki jo oddaja zunanja enota. Višja kot je raven decibelov, glasnejši je hrup. Večina toplotnih črpalk ima oceno hrupa 76 dB ali manj.

Premisleki glede namestitve

Toplotne črpalke zrak-vir mora namestiti usposobljen izvajalec. Posvetujte se z lokalnim strokovnjakom za ogrevanje in hlajenje glede velikosti, namestitve in vzdrževanja vaše opreme, da zagotovite učinkovito in zanesljivo delovanje. Če želite namestiti toplotno črpalko za zamenjavo ali dopolnitev vaše centralne peči, se morate zavedati, da toplotne črpalke na splošno delujejo pri večjih pretokih zraka kot sistemi s pečmi. Odvisno od velikosti vaše nove toplotne črpalke bodo morda potrebne nekatere spremembe na kanalih, da se izognete dodatnemu hrupu in porabi energije ventilatorja. Vaš izvajalec vam bo lahko dal smernice glede vašega posebnega primera.

Stroški namestitve toplotne črpalke zrak-vir so odvisni od vrste sistema, vaših projektnih ciljev in morebitne obstoječe ogrevalne opreme in kanalov v vašem domu. V nekaterih primerih bodo morda potrebne dodatne spremembe na kanalih ali električnih storitvah za podporo vaši novi namestitvi toplotne črpalke.

Premisleki glede delovanja

Pri uporabi toplotne črpalke morate upoštevati nekaj pomembnih stvari:

• Optimizirajte nastavljene točke toplotne črpalke in dodatnega sistema. Če imate električni dodatni sistem (npr. podstavke ali uporovne elemente v kanalu), uporabite nižjo nastavljeno temperaturo za vaš dodatni sistem. To bo pomagalo povečati količino ogrevanja, ki jo toplotna črpalka zagotavlja vašemu domu, kar bo zmanjšalo vašo porabo energije in komunalne račune. Priporočena je nastavljena točka 2 °C do 3 °C pod nastavljeno temperaturo ogrevanja toplotne črpalke. O optimalni nastavljeni točki za vaš sistem se posvetujte s svojim izvajalcem namestitve.
• Pripravite se za učinkovito odtaljevanje. Porabo energije lahko zmanjšate tako, da sistem nastavite tako, da med cikli odmrzovanja izklopi notranji ventilator. To lahko izvede vaš inštalater. Vendar je pomembno upoštevati, da lahko odtaljevanje pri tej nastavitvi traja nekoliko dlje.
• Zmanjšajte padce temperature. Toplotne črpalke se odzivajo počasneje kot sistemi s pečmi, zato se težje odzivajo na globoke padce temperature. Uporabiti je treba zmerne znižane temperature, ki ne presegajo 2 °C, ali uporabiti "pameten" termostat, ki sistem vklopi zgodaj, v pričakovanju okrevanja po znižani temperaturi. Še enkrat se posvetujte s svojim izvajalcem namestitve o optimalni znižani temperaturi za vaš sistem.
• Optimizirajte svojo smer pretoka zraka. Če imate stensko notranjo enoto, razmislite o prilagoditvi smeri pretoka zraka, da povečate svoje udobje. Večina proizvajalcev priporoča, da je tok zraka pri ogrevanju usmerjen navzdol, pri hlajenju pa proti potnikom.
• Optimizirajte nastavitve ventilatorja. Prav tako se prepričajte, da prilagodite nastavitve ventilatorja, da povečate udobje. Za povečanje toplote, ki jo oddaja toplotna črpalka, priporočamo, da hitrost ventilatorja nastavite na visoko ali »Samodejno«. Pri hlajenju je za izboljšanje razvlaževanja priporočljiva 'nizka' hitrost ventilatorja.

Premisleki glede vzdrževanja

Pravilno vzdrževanje je ključnega pomena za zagotovitev učinkovitega, zanesljivega delovanja in dolgo življenjsko dobo vaše toplotne črpalke. Letno vzdrževanje vaše enote bi moral opraviti usposobljen izvajalec, da zagotovite, da vse deluje v dobrem stanju.

Poleg letnega vzdrževanja lahko naredite nekaj preprostih stvari, da zagotovite zanesljivo in učinkovito delovanje. Zamenjajte ali očistite zračni filter vsake 3 mesece, saj bodo zamašeni filtri zmanjšali pretok zraka in zmanjšali učinkovitost vašega sistema. Prepričajte se tudi, da zračniki in zračni kanali v vašem domu niso blokirani s pohištvom ali preprogami, saj lahko neustrezen pretok zraka v ali iz vaše enote skrajša življenjsko dobo opreme in zmanjša učinkovitost sistema.

Stroški operacije

Prihranek energije zaradi vgradnje toplotne črpalke lahko pomaga zmanjšati vaše mesečne račune za energijo. Doseganje znižanja vaših računov za energijo je v veliki meri odvisno od cene električne energije v primerjavi z drugimi gorivi, kot sta zemeljski plin ali kurilno olje, in, pri aplikacijah za naknadno vgradnjo, od vrste sistema, ki ga zamenjate.

Toplotne črpalke so na splošno dražje v primerjavi z drugimi sistemi, kot so peči ali električne podstavke, zaradi števila komponent v sistemu. V nekaterih regijah in primerih se lahko ta dodatni strošek povrne v razmeroma kratkem časovnem obdobju s prihranki pri stroških komunalnih storitev. Vendar pa lahko v drugih regijah različne cene komunalnih storitev to obdobje podaljšajo. Pomembno je, da sodelujete s svojim izvajalcem ali energetskim svetovalcem, da dobite oceno ekonomičnosti toplotnih črpalk na vašem območju in potencialne prihranke, ki jih lahko dosežete.

Pričakovana življenjska doba in garancije

Toplotne črpalke zrak-voda imajo življenjsko dobo med 15 in 20 let. Kompresor je kritična komponenta sistema.

Za večino toplotnih črpalk velja enoletna garancija za dele in delo ter dodatna pet- do desetletna garancija za kompresor (samo za dele). Vendar se garancije med proizvajalci razlikujejo, zato preverite drobni tisk.

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.