Grijanje i hlađenje toplotnom pumpom - 2. dio

Tokom ciklusa grijanja, toplina se uzima iz vanjskog zraka i „pumpa“ u zatvorenom prostoru.

• Prvo, tečno rashladno sredstvo prolazi kroz ekspanzioni uređaj, pretvarajući se u smjesu tekućine/pare niskog tlaka. Zatim ide do vanjskog namotaja, koji djeluje kao zavojnica isparivača. Tečno rashladno sredstvo upija toplinu iz vanjskog zraka i ključa, postajući para niske temperature.
• Ova para prolazi kroz reverzni ventil do akumulatora, koji sakuplja preostalu tečnost prije nego što para uđe u kompresor. Para se zatim komprimira, smanjuje njen volumen i uzrokuje zagrijavanje.
• Konačno, reverzni ventil šalje plin, koji je sada vruć, u unutarnji namotaj, koji je kondenzator. Toplota iz vrućeg plina prenosi se na zrak u zatvorenom prostoru, uzrokujući kondenzaciju rashladnog sredstva u tekućinu. Ova tečnost se vraća u ekspanzioni uređaj i ciklus se ponavlja. Unutarnji kalem se nalazi u kanalu, blizu peći.

Sposobnost toplotne pumpe da prenosi toplotu iz spoljašnjeg vazduha u kuću zavisi od spoljašnje temperature. Kako ova temperatura pada, sposobnost toplotne pumpe da apsorbuje toplotu takođe opada. Za mnoge instalacije toplotnih pumpi sa izvorom vazduha, to znači da postoji temperatura (koja se zove tačka toplotne ravnoteže) kada je kapacitet grejanja toplotne pumpe jednak gubitku toplote kuće. Ispod ove vanjske temperature okoline, toplinska pumpa može isporučiti samo dio topline potrebne za održavanje udobnosti životnog prostora, a potrebna je i dodatna toplina.

Važno je napomenuti da velika većina toplotnih pumpi sa izvorom vazduha ima minimalnu radnu temperaturu ispod koje ne mogu da rade. Za novije modele, to može biti u rasponu od -15°C do -25°C. Ispod ove temperature mora se koristiti dodatni sistem za grijanje zgrade.

Ciklus hlađenja

Gore opisani ciklus se obrće kako bi se kuća hladila tokom ljeta. Jedinica uzima toplinu iz unutrašnjeg zraka i odbija je van.

• Kao iu ciklusu grijanja, tekući rashladni fluid prolazi kroz ekspanzioni uređaj, mijenjajući se u smjesu tekućine/pare niskog tlaka. Zatim ide do unutrašnjeg namotaja, koji služi kao isparivač. Tečno rashladno sredstvo upija toplotu iz unutrašnjeg vazduha i ključa, pretvarajući se u para niske temperature.
• Ova para prolazi kroz reverzni ventil do akumulatora, koji sakuplja preostalu tečnost, a zatim do kompresora. Para se zatim komprimira, smanjuje njen volumen i uzrokuje zagrijavanje.
• Konačno, plin, koji je sada vruć, prolazi kroz reverzni ventil do vanjskog namotaja, koji djeluje kao kondenzator. Toplota iz vrućeg plina prenosi se na vanjski zrak, uzrokujući kondenzaciju rashladnog sredstva u tekućinu. Ova tečnost se vraća u ekspanzioni uređaj i ciklus se ponavlja.

Tokom ciklusa hlađenja, toplotna pumpa takođe odvlažuje vazduh u zatvorenom prostoru. Vlaga u zraku koja prolazi preko unutrašnjeg namotaja kondenzira se na površini zavojnice i skuplja se u posudu na dnu zavojnice. Odvod kondenzata povezuje ovu posudu sa kućnim odvodom.

Ciklus odmrzavanja

Ako vanjska temperatura padne blizu ili ispod nule kada toplinska pumpa radi u načinu grijanja, vlaga u zraku koji prolazi preko vanjskog izmjenjivača će se kondenzirati i smrznuti na njemu. Količina nakupljanja mraza ovisi o vanjskoj temperaturi i količini vlage u zraku.

Ovo nakupljanje mraza smanjuje efikasnost zavojnice smanjujući njegovu sposobnost da prenese toplotu na rashladno sredstvo. U jednom trenutku, mraz se mora ukloniti. Da bi se to postiglo, toplotna pumpa se prebacuje u režim odmrzavanja. Najčešći pristup je:

• Prvo, reverzni ventil prebacuje uređaj u režim hlađenja. Ovo šalje vrući plin u vanjski kotur da otopi mraz. Istovremeno, vanjski ventilator, koji inače puše hladan zrak preko zavojnice, se isključuje kako bi se smanjila količina topline koja je potrebna da se mraz otopi.
• Dok se to dešava, toplotna pumpa hladi vazduh u kanalu. Sistem grijanja bi normalno zagrijavao ovaj zrak jer se distribuira po cijeloj kući.

Jedna od dvije metode se koristi za određivanje kada jedinica ide u način odmrzavanja:

• Kontrole na zahtjev-mraz nadziru protok zraka, tlak rashladnog sredstva, temperaturu zraka ili zavojnice i razliku tlaka na vanjskom zavojniku kako bi otkrili nakupljanje mraza.
• Vremensko-temperaturno odmrzavanje pokreće i završava unaprijed podešenim intervalnim tajmerom ili temperaturnim senzorom koji se nalazi na vanjskom zavojnici. Ciklus se može pokrenuti svakih 30, 60 ili 90 minuta, u zavisnosti od klime i dizajna sistema.

Nepotrebni ciklusi odmrzavanja smanjuju sezonske performanse toplotne pumpe. Kao rezultat toga, metoda zamrzavanja po zahtjevu je općenito efikasnija jer započinje ciklus odmrzavanja samo kada je to potrebno.

Dodatni izvori toplote

Budući da toplotne pumpe sa izvorom vazduha imaju minimalnu vanjsku radnu temperaturu (između -15°C do -25°C) i smanjeni kapacitet grijanja na vrlo niskim temperaturama, važno je razmotriti dodatni izvor grijanja za rad toplotne pumpe iz izvora zraka. Dodatno grijanje može biti potrebno i kada se toplotna pumpa odleđuje. Dostupne su različite opcije:

• Svi električni: U ovoj konfiguraciji, rad toplotne pumpe je dopunjen elementima električnog otpora koji se nalaze u kanalu ili električnim podnim pločama. Ovi otporni elementi su manje efikasni od toplotne pumpe, ali njihova sposobnost da obezbede grejanje je nezavisna od spoljašnje temperature.
• Hibridni sistem: U hibridnom sistemu, toplotna pumpa sa izvorom vazduha koristi dodatni sistem kao što je peć ili bojler. Ova opcija se može koristiti u novim instalacijama, a takođe je dobra opcija kada se toplotna pumpa dodaje postojećem sistemu, na primer kada se toplotna pumpa ugrađuje kao zamena za centralni klima uređaj.

Pogledajte posljednji dio ove brošure, Povezana oprema, za više informacija o sistemima koji koriste dodatne izvore grijanja. Tamo možete pronaći raspravu o opcijama kako programirati vaš sistem za prijelaz između korištenja toplinske pumpe i korištenja dodatnog izvora topline.

Razmatranja energetske efikasnosti

Da biste podržali razumijevanje ovog odjeljka, pogledajte prethodni odjeljak pod nazivom Uvod u efikasnost toplinske pumpe za objašnjenje onoga što HSPF i SEER predstavljaju.

U Kanadi propisi o energetskoj efikasnosti propisuju minimalnu sezonsku efikasnost grijanja i hlađenja koja se mora postići da bi se proizvod prodavao na kanadskom tržištu. Pored ovih propisa, vaša pokrajina ili teritorija može imati strože zahtjeve.

Minimalne performanse za Kanadu u cjelini, i tipični rasponi proizvoda dostupnih na tržištu, sažeti su u nastavku za grijanje i hlađenje. Također je važno provjeriti da li postoje dodatni propisi u vašem regionu prije nego što odaberete svoj sistem.

Sezonske performanse hlađenja, SEER:

• Minimalni SEER (Kanada): 14
• Raspon, SEER na tržištu dostupnih proizvoda: 14 do 42

Sezonske performanse grijanja, HSPF

• Minimalni HSPF (Kanada): 7,1 (za regiju V)
• Raspon, HSPF na tržištu dostupnim proizvodima: 7,1 do 13,2 (za regiju V)

Napomena: HSPF faktori su dati za AHRI klimatsku zonu V, koja ima sličnu klimu kao Ottawa. Stvarna sezonska efikasnost može varirati ovisno o vašoj regiji. Novi standard performansi koji ima za cilj bolje predstavljanje performansi ovih sistema u kanadskim regijama je trenutno u razvoju.

Stvarne vrijednosti SEER ili HSPF zavise od niza faktora koji se prvenstveno odnose na dizajn toplotne pumpe. Trenutne performanse su značajno evoluirale u posljednjih 15 godina, vođene novim razvojem u tehnologiji kompresora, dizajnom izmjenjivača topline i poboljšanim protokom i kontrolom rashladnog sredstva.

Toplotne pumpe sa jednom brzinom i promjenjivom brzinom

Od posebnog značaja kada se razmatra efikasnost je uloga novog dizajna kompresora u poboljšanju sezonskih performansi. Tipično, jedinice koje rade na minimalno propisanim SEER i HSPF karakterišu toplotne pumpe sa jednom brzinom. Sada su dostupne toplotne pumpe sa vazdušnim izvorom promenljive brzine koje su dizajnirane da menjaju kapacitet sistema kako bi se što bolje uskladile sa zahtevima za grejanje/hlađenje kuće u datom trenutku. Ovo pomaže da se održi maksimalna efikasnost u svakom trenutku, uključujući i tokom blažih uslova kada postoji manja potražnja na sistemu.

Nedavno su na tržištu uvedene toplotne pumpe sa izvorom vazduha koje su bolje prilagođene radu u hladnoj kanadskoj klimi. Ovi sistemi, koji se često nazivaju toplotnim pumpama za hladnu klimu, kombinuju kompresore promenljivog kapaciteta sa poboljšanim dizajnom izmenjivača toplote i kontrolama kako bi se maksimizirao kapacitet grejanja na nižim temperaturama vazduha, uz održavanje visoke efikasnosti tokom blažih uslova. Ovi tipovi sistema obično imaju veće vrijednosti SEER i HSPF, pri čemu neki sistemi dostižu SEER do 42, a HSPF se približavaju 13.

Certifikacija, standardi i skale ocjenjivanja

Kanadsko udruženje za standarde (CSA) trenutno provjerava električnu sigurnost svih toplotnih pumpi. Standard performansi specificira ispitivanja i uslove ispitivanja pri kojima se određuju kapaciteti i efikasnost grejanja i hlađenja toplotne pumpe. Standardi za ispitivanje performansi toplotnih pumpi sa vazdušnim izvorom su CSA C656, koji je (od 2014. godine) usklađen sa ANSI/AHRI 210/240-2008, Ocena performansi jedinice za klimatizaciju i opremu za toplotnu pumpu sa vazdušnim izvorom. Također zamjenjuje CAN/CSA-C273.3-M91, standard performansi za centralne klima-uređaje i toplotne pumpe sa podeljenim sistemom.

Razmatranje veličine

Da biste pravilno dimenzionirali sistem toplotne pumpe, važno je razumjeti potrebe za grijanjem i hlađenjem vašeg doma. Preporučuje se da se angažuje stručnjak za grijanje i hlađenje koji će izvršiti potrebne proračune. Opterećenja grijanja i hlađenja treba odrediti korištenjem priznate metode dimenzioniranja kao što je CSA F280-12, "Određivanje potrebnog kapaciteta uređaja za grijanje i hlađenje stambenih prostora."

Dimenzioniranje vašeg sistema toplotne pumpe trebalo bi da bude urađeno prema vašoj klimi, grejanju i hlađenju zgrade i ciljevima vaše instalacije (npr. maksimiziranje uštede energije za grejanje u odnosu na izmeštanje postojećeg sistema tokom određenih perioda godine). Kako bi pomogao u ovom procesu, NRCan je razvio Vodič za dimenzioniranje i odabir toplinske pumpe za zrak. Ovaj vodič, zajedno sa pratećim softverskim alatom, namijenjen je energetskim savjetnicima i mehaničkim dizajnerima i besplatno je dostupan za pružanje smjernica o odgovarajućoj veličini.

Ako je toplotna pumpa premala, primijetit ćete da će se dodatni sistem grijanja češće koristiti. Iako će sistem male veličine i dalje raditi efikasno, možda nećete postići očekivane uštede energije zbog velike upotrebe dodatnog sistema grijanja.

Isto tako, ako je toplotna pumpa prevelika, željena ušteda energije možda neće biti ostvarena zbog neefikasnog rada u blažim uslovima. Dok sistem dodatnog grijanja radi rjeđe, u toplijim ambijentalnim uslovima, toplotna pumpa proizvodi previše toplote i jedinica se uključuje i isključuje što dovodi do nelagode, habanja toplotne pumpe i potrošnje električne energije u stanju pripravnosti. Stoga je važno dobro razumjeti svoje grijanje i koje su radne karakteristike toplinske pumpe kako biste postigli optimalnu uštedu energije.

Drugi kriteriji odabira

Osim veličine, treba uzeti u obzir nekoliko dodatnih faktora performansi:

• HSPF: Odaberite jedinicu sa što većim HSPF koliko je praktično. Za jedinice sa uporedivim HSPF ocjenama, provjerite njihove stabilne ocjene na –8,3°C, niskoj temperaturi. Jedinica sa višom vrednošću biće najefikasnija u većini regiona Kanade.
• Odmrzavanje: Odaberite jedinicu s kontrolom odmrzavanja po zahtjevu. Ovo minimizira cikluse odmrzavanja, što smanjuje dodatnu potrošnju energije i toplotnu pumpu.
• Ocena zvuka: Zvuk se meri u jedinicama koje se nazivaju decibelima (dB). Što je niža vrijednost, to je manja zvučna snaga koju emituje vanjska jedinica. Što je viši nivo decibela, to je buka glasnija. Većina toplotnih pumpi ima zvučnu ocenu od 76 dB ili niže.

Razmatranja o instalaciji

Toplotne pumpe sa izvorom vazduha treba da instalira kvalifikovani izvođač. Posavjetujte se sa lokalnim stručnjakom za grijanje i hlađenje za dimenzioniranje, instalaciju i održavanje vaše opreme kako biste osigurali učinkovit i pouzdan rad. Ako želite da implementirate toplotnu pumpu za zamjenu ili dopunu vaše centralne peći, trebali biste biti svjesni da toplotne pumpe općenito rade pri većim protokima zraka od sistema peći. Ovisno o veličini vaše nove toplinske pumpe, možda će biti potrebne neke modifikacije na vašem kanalu kako bi se izbjegla dodatna buka i potrošnja energije ventilatora. Vaš izvođač radova će vam moći dati smjernice o vašem konkretnom slučaju.

Troškovi ugradnje toplotne pumpe sa izvorom zraka ovise o vrsti sistema, vašim projektnim ciljevima i postojećoj opremi za grijanje i kanalima u vašem domu. U nekim slučajevima mogu biti potrebne dodatne modifikacije cijevi ili električnih usluga kako bi se podržala vaša nova instalacija toplinske pumpe.

Razmatranja o operaciji

Trebalo bi da obratite pažnju na nekoliko važnih stvari kada radite sa toplotnom pumpom:

• Optimizirajte zadane vrijednosti toplinske pumpe i dodatnog sistema. Ako imate električni dodatni sistem (npr. postolje ili otporne elemente u kanalu), obavezno koristite nižu zadatu temperaturu za svoj dodatni sistem. Ovo će pomoći da se maksimizira količina grijanja koju toplinska pumpa pruža vašem domu, smanjujući potrošnju energije i račune za komunalne usluge. Preporučuje se podešena vrijednost od 2°C do 3°C ispod zadane vrijednosti temperature grijanja toplinske pumpe. Posavjetujte se sa svojim instalaterom o optimalnoj zadanoj vrijednosti za vaš sistem.
• Postavite za efikasno odmrzavanje. Možete smanjiti potrošnju energije tako što ćete podesiti vaš sistem da isključi unutrašnji ventilator tokom ciklusa odmrzavanja. To može obaviti vaš instalater. Međutim, važno je napomenuti da odmrzavanje može potrajati malo duže s ovim podešavanjem.
• Minimizirajte temperaturne smetnje. Toplotne pumpe imaju sporiji odgovor od sistema peći, tako da teže reaguju na duboke padove temperature. Treba koristiti umjerene padove od najviše 2°C ili koristiti “pametni” termostat koji rano uključuje sistem, u očekivanju oporavka od pada. Opet, konsultujte se sa svojim instalaterom o optimalnoj niskoj temperaturi za vaš sistem.
• Optimizirajte smjer strujanja zraka. Ako imate unutrašnju jedinicu montiranu na zid, razmislite o prilagođavanju smjera strujanja zraka kako biste povećali svoju udobnost. Većina proizvođača preporučuje usmjeravanje protoka zraka prema dolje kada se grije, a prema putnicima kada su u hlađenju.
• Optimizirajte postavke ventilatora. Također, obavezno podesite postavke ventilatora kako biste maksimizirali udobnost. Da biste maksimizirali toplinu koju isporučuje toplotna pumpa, preporučuje se postavljanje brzine ventilatora na visoku ili 'Auto'. Pri hlađenju, kako bi se poboljšala i odvlaživanje, preporučuje se 'niska' brzina ventilatora.

Razmatranja o održavanju

Pravilno održavanje je ključno kako bi vaša toplotna pumpa radila efikasno, pouzdano i ima dug vijek trajanja. Trebali biste imati kvalifikovanog izvođača da radi godišnje održavanje na vašoj jedinici kako biste bili sigurni da je sve u dobrom radnom stanju.

Osim godišnjeg održavanja, postoji nekoliko jednostavnih stvari koje možete učiniti kako biste osigurali pouzdan i efikasan rad. Obavezno promijenite ili očistite filter za zrak svaka 3 mjeseca, jer će začepljeni filteri smanjiti protok zraka i smanjiti efikasnost vašeg sistema. Također, uvjerite se da otvori za ventilaciju i ventilacioni otvori u vašem domu nisu blokirani namještajem ili tepisima, jer neadekvatan protok zraka u ili iz vaše jedinice može skratiti vijek trajanja opreme i smanjiti efikasnost sistema.

Operativni troškovi

Ušteda energije ugradnjom toplotne pumpe može pomoći u smanjenju vaših mjesečnih računa za energiju. Postizanje smanjenja vaših računa za energiju uvelike ovisi o cijeni električne energije u odnosu na druga goriva kao što su prirodni plin ili lož ulje, te, u primjenama za naknadnu ugradnju, o vrsti sistema koji se zamjenjuje.

Toplotne pumpe općenito imaju veću cijenu u odnosu na druge sisteme kao što su peći ili električne ploče zbog broja komponenti u sistemu. U nekim regijama i slučajevima, ovaj dodatni trošak se može nadoknaditi u relativno kratkom vremenskom periodu kroz uštede troškova komunalnih usluga. Međutim, u drugim regionima, različite cene komunalnih usluga mogu produžiti ovaj period. Važno je da radite sa svojim izvođačem ili energetskim savjetnikom kako biste dobili procjenu ekonomičnosti toplotnih pumpi u vašem području i potencijalne uštede koje možete postići.

Očekivano trajanje života i garancije

Toplotne pumpe sa izvorom zraka imaju vijek trajanja između 15 i 20 godina. Kompresor je kritična komponenta sistema.

Većina toplotnih pumpi pokrivena je jednogodišnjom garancijom na dijelove i rad, te dodatnom garancijom od pet do deset godina na kompresor (samo za dijelove). Međutim, garancije se razlikuju od proizvođača do proizvođača, pa provjerite sitni otisak.

Napomena:

Neki od članaka preuzeti su sa interneta. Ako postoji bilo kakvo kršenje, kontaktirajte nas da ga izbrišemo. Ako ste zainteresovani za proizvode toplotnih pumpi, slobodno kontaktirajte kompaniju OSB toplotnih pumpi, mi smo vaš najbolji izbor.