Încălzirea și răcirea cu o pompă de căldură - Partea 1

Introducere

Dacă explorați opțiuni de încălzire și răcire a locuinței sau de a reduce facturile la energie, este posibil să doriți să luați în considerare un sistem de pompă de căldură. Pompele de căldură sunt o tehnologie dovedită și de încredere în Canada, capabilă să asigure controlul confortului pe tot parcursul anului pentru casa dvs. prin furnizarea de căldură iarna, răcirea vara și, în unele cazuri, încălzirea apei calde pentru casa dvs.

Pompele de căldură pot fi o alegere excelentă într-o varietate de aplicații și atât pentru casele noi, cât și pentru modernizarea sistemelor de încălzire și răcire existente. Ele sunt, de asemenea, o opțiune atunci când se înlocuiesc sistemele de aer condiționat existente, deoarece costul incremental pentru trecerea de la un sistem doar de răcire la o pompă de căldură este adesea destul de scăzut. Având în vedere multitudinea de tipuri și opțiuni diferite de sisteme, poate fi adesea dificil să determinați dacă o pompă de căldură este opțiunea potrivită pentru casa dvs.

Dacă vă gândiți la o pompă de căldură, probabil că aveți o serie de întrebări, inclusiv:

• Ce tipuri de pompe de căldură sunt disponibile?
• Cât din nevoile mele anuale de încălzire și răcire poate asigura o pompă de căldură?
• De ce dimensiune a pompei de căldură am nevoie pentru casa și aplicația mea?
• Cât costă pompele de căldură în comparație cu alte sisteme și cât aș putea economisi la factura mea de energie?
• Va trebui să fac modificări suplimentare la casa mea?
• Câtă întreținere va necesita sistemul?

Această broșură oferă informații importante despre pompele de căldură pentru a vă ajuta să fiți mai informați, ajutându-vă să faceți alegerea potrivită pentru casa dumneavoastră. Folosind aceste întrebări ca ghid, această broșură descrie cele mai comune tipuri de pompe de căldură și discută factorii implicați în alegerea, instalarea, operarea și întreținerea unei pompe de căldură.

Public-țintă

Această broșură este destinată proprietarilor de case care caută informații de bază despre tehnologiile pompelor de căldură pentru a sprijini luarea deciziilor în cunoștință de cauză cu privire la selecția și integrarea sistemului, operarea și întreținerea. Informațiile furnizate aici sunt generale, iar detaliile specifice pot varia în funcție de instalarea și tipul de sistem. Această broșură nu trebuie să înlocuiască lucrul cu un antreprenor sau un consilier energetic, care se va asigura că instalația dumneavoastră corespunde nevoilor dumneavoastră și obiectivelor dorite.

O notă despre managementul energiei în casă

Pompele de căldură sunt sisteme de încălzire și răcire foarte eficiente și vă pot reduce semnificativ costurile cu energia. Gândind la casa ca pe un sistem, se recomandă ca pierderile de căldură din casa dumneavoastră să fie minimizate din zone precum scurgerile de aer (prin fisuri, găuri), pereți, tavane, ferestre și uși prost izolați.

Abordarea mai întâi a acestor probleme vă poate permite să utilizați o pompă de căldură mai mică, reducând astfel costurile echipamentului pompei de căldură și permițând sistemului dumneavoastră să funcționeze mai eficient.

O serie de publicații care explică cum se face acest lucru sunt disponibile de la Natural Resources Canada.

Ce este o pompă de căldură și cum funcționează?

Pompele de căldură sunt o tehnologie dovedită care a fost folosită de zeci de ani, atât în ​​Canada, cât și la nivel global, pentru a furniza eficient încălzire, răcire și, în unele cazuri, apă caldă clădirilor. De fapt, este posibil să interacționați zilnic cu tehnologia pompei de căldură: frigiderele și aparatele de aer condiționat funcționează folosind aceleași principii și tehnologie. Această secțiune prezintă elementele de bază ale modului în care funcționează o pompă de căldură și prezintă diferite tipuri de sisteme.

Concepte de bază ale pompei de căldură

O pompă de căldură este un dispozitiv acționat electric care extrage căldură dintr-un loc cu temperatură scăzută (o sursă) și o livrează într-un loc cu temperatură mai ridicată (o chiuvetă).

Pentru a înțelege acest proces, gândiți-vă la o plimbare cu bicicleta peste un deal: nu este necesar niciun efort pentru a merge de la vârful dealului în jos, deoarece bicicleta și călărețul se vor deplasa în mod natural dintr-un loc înalt într-unul de jos. Cu toate acestea, urcarea dealului necesită mult mai multă muncă, deoarece bicicleta se mișcă împotriva direcției naturale de mișcare.

În mod similar, căldura curge în mod natural din locuri cu temperatură mai ridicată către locații cu temperaturi mai scăzute (de exemplu, iarna, căldura din interiorul clădirii se pierde în exterior). O pompă de căldură folosește energie electrică suplimentară pentru a contracara fluxul natural de căldură și pompează energia disponibilă într-un loc mai rece într-unul mai cald.

Deci, cum îți încălzește sau răcește o pompă de căldură casa? Pe măsură ce energia este extrasă dintr-o sursă, temperatura sursei este redusă. Dacă locuința este folosită ca sursă, se va elimina energia termică, răcind acest spațiu. Așa funcționează o pompă de căldură în modul de răcire și este același principiu folosit de aparatele de aer condiționat și frigidere. În mod similar, pe măsură ce se adaugă energie la o chiuvetă, temperatura acesteia crește. Dacă locuința este folosită ca chiuvetă, se va adăuga energie termică, încălzind spațiul. O pompă de căldură este complet reversibilă, ceea ce înseamnă că vă poate încălzi și răci casa, oferind confort pe tot parcursul anului.

Surse și chiuvete pentru pompe de căldură

Selectarea sursei și a chiuvetei pentru sistemul dumneavoastră de pompă de căldură contribuie în mare măsură la determinarea performanței, a costurilor de capital și a costurilor de operare ale sistemului dumneavoastră. Această secțiune oferă o scurtă prezentare generală a surselor și chiuvetelor comune pentru aplicații rezidențiale din Canada.

Surse: Două surse de energie termică sunt cele mai frecvent utilizate pentru încălzirea locuințelor cu pompe de căldură în Canada:

• Sursă de aer: pompa de căldură atrage căldură din aerul exterior în timpul sezonului de încălzire și respinge căldura din exterior în timpul sezonului de răcire de vară.
• Poate fi surprinzător să știm că, chiar și atunci când temperaturile exterioare sunt scăzute, este încă disponibilă o cantitate bună de energie care poate fi extrasă și livrată către clădire. De exemplu, conținutul de căldură al aerului la -18°C echivalează cu 85% din căldura conținută la 21°C. Acest lucru permite pompei de căldură să ofere o cantitate bună de încălzire, chiar și pe vreme mai rece.
• Sistemele cu sursă de aer sunt cele mai comune de pe piața canadiană, cu peste 700.000 de unități instalate în toată Canada.
• Acest tip de sistem este discutat mai detaliat în secțiunea Pompe de căldură cu sursă de aer.
• Sursă de sol: o pompă de căldură de la sol folosește pământul, apa subterană sau ambele ca sursă de căldură iarna și ca rezervor pentru a respinge căldura îndepărtată din casă vara.
• Aceste pompe de căldură sunt mai puțin comune decât unitățile cu sursă de aer, dar devin din ce în ce mai utilizate pe scară largă în toate provinciile din Canada. Avantajul lor principal este că nu sunt supuși fluctuațiilor extreme de temperatură, folosind solul ca sursă de temperatură constantă, rezultând cel mai eficient tip de sistem de pompă de căldură.
• Acest tip de sistem este discutat mai detaliat în secțiunea Pompe de căldură cu sursă terestră.

Chiuvete: Două chiuvete pentru energie termică sunt cel mai frecvent utilizate pentru încălzirea caselor cu pompe de căldură în Canada:

• Aerul din interior este încălzit de pompa de căldură. Acest lucru se poate face prin: Apa din interiorul clădirii este încălzită. Această apă poate fi apoi utilizată pentru a servi sisteme terminale, cum ar fi radiatoare, podea radiantă sau unități ventiloconvectoare printr-un sistem hidronic.
  • Un sistem cu canalizare centrală sau
  • O unitate interioară fără conducte, cum ar fi o unitate montată pe perete.

O introducere în eficiența pompei de căldură

Cuptoarele și cazanele asigură încălzirea spațiului prin adăugarea de căldură în aer prin arderea unui combustibil, cum ar fi gazul natural sau uleiul de încălzire. Deși eficiența s-a îmbunătățit continuu, ele rămân sub 100%, ceea ce înseamnă că nu toată energia disponibilă din ardere este folosită pentru a încălzi aerul.

Pompele de căldură funcționează pe un principiu diferit. Energia electrică introdusă în pompa de căldură este utilizată pentru a transfera energie termică între două locații. Acest lucru permite pompei de căldură să funcționeze mai eficient, cu eficiențe tipice mult peste

100%, adică se produce mai multă energie termică decât cantitatea de energie electrică folosită pentru pompare.

Este important de menționat că eficiența pompei de căldură depinde în mare măsură de temperaturile sursei și chiuvetei. Așa cum un deal mai abrupt necesită mai mult efort pentru a urca pe o bicicletă, diferențele mai mari de temperatură între sursa și chiuveta pompei de căldură necesită ca aceasta să lucreze mai mult și poate reduce eficiența. Determinarea dimensiunii potrivite a pompei de căldură pentru a maximiza eficiența sezonieră este esențială. Aceste aspecte sunt discutate mai detaliat în secțiunile Pompe de căldură cu sursă de aer și Pompe de căldură cu sursă terestră.

Terminologia eficienței

În cataloagele producătorilor sunt utilizate o varietate de indicatori de eficiență, ceea ce poate face înțelegerea performanței sistemului oarecum confuză pentru un cumpărător pentru prima dată. Mai jos este o detaliere a unor termeni de eficiență folosiți în mod obișnuit:

Metrici de stare constantă: Aceste măsuri descriu eficiența pompei de căldură într-o „stare de echilibru”, adică fără fluctuații reale ale sezonului și temperaturii. Ca atare, valoarea lor se poate schimba semnificativ pe măsură ce temperaturile sursei și chiuvetei și alți parametri operaționali se modifică. Valorile pentru starea de echilibru includ:

Coeficientul de performanță (COP): COP este un raport între rata la care pompa de căldură transferă energie termică (în kW) și cantitatea de energie electrică necesară pentru pompare (în kW). De exemplu, dacă o pompă de căldură a folosit 1 kW de energie electrică pentru a transfera 3 kW de căldură, COP ar fi 3.

Raportul de eficiență energetică (EER): EER este similar cu COP și descrie eficiența de răcire în stare constantă a unei pompe de căldură. Se determină prin împărțirea capacității de răcire a pompei de căldură în Btu/h la aportul de energie electrică în wați (W) la o anumită temperatură. EER este strict asociat cu descrierea eficienței de răcire în starea staționară, spre deosebire de COP care poate fi folosit pentru a exprima eficiența unei pompe de căldură în încălzire, precum și în răcire.

Măsuri de performanță sezonieră: Aceste măsuri sunt concepute pentru a oferi o estimare mai bună a performanței într-un sezon de încălzire sau de răcire, prin încorporarea variațiilor „realizate” ale temperaturilor de-a lungul sezonului.

Valorile sezoniere includ:

• Factor de performanță sezonieră de încălzire (HSPF): HSPF este un raport dintre cantitatea de energie furnizată de pompa de căldură către clădire pe parcursul întregului sezon de încălzire (în Btu), și energia totală (în wați-oră) pe care o folosește în aceeași perioadă.

Caracteristicile datelor meteorologice ale condițiilor climatice pe termen lung sunt utilizate pentru a reprezenta sezonul de încălzire în calcularea HSPF. Cu toate acestea, acest calcul este de obicei limitat la o singură regiune și este posibil să nu reprezinte pe deplin performanța în toată Canada. Unii producători pot furniza un HSPF pentru o altă regiune climatică, la cerere; cu toate acestea, de obicei, HSPF sunt raportate pentru Regiunea 4, reprezentând clime similare cu cele din Vestul Mijlociu al SUA. Regiunea 5 ar acoperi cea mai mare parte a jumătății de sud a provinciilor din Canada, din interiorul BC prin New BrunswickNotă de subsol1.

• Raportul de eficiență energetică sezonieră (SEER): SEER măsoară eficiența de răcire a pompei de căldură pe întreg sezonul de răcire. Se determină împărțind răcirea totală furnizată în timpul sezonului de răcire (în Btu) la energia totală utilizată de pompa de căldură în acel timp (în wați-oră). SEER se bazează pe un climat cu o temperatură medie de vară de 28°C.

Terminologie importantă pentru sistemele cu pompe de căldură

Iată câțiva termeni comuni pe care îi puteți întâlni în timp ce investigați pompele de căldură.

Componentele sistemului pompei de căldură

Agentul frigorific este fluidul care circulă prin pompa de căldură, alternativ absorbind, transportând și eliberând căldură. În funcție de locația sa, fluidul poate fi lichid, gazos sau un amestec de gaz/vapori

Supapa de inversare controlează direcția de curgere a agentului frigorific în pompa de căldură și schimbă pompa de căldură din modul de încălzire în modul de răcire sau invers.

O bobină este o buclă, sau bucle, de tuburi în care are loc transferul de căldură între sursă/chiuvetă și agent frigorific. Tubul poate avea aripioare pentru a crește suprafața disponibilă pentru schimbul de căldură.

Evaporatorul este o serpentină în care agentul frigorific absoarbe căldură din mediul înconjurător și fierbe pentru a deveni vapori la temperatură scăzută. Pe măsură ce agentul frigorific trece de la supapa de inversare la compresor, acumulatorul colectează orice exces de lichid care nu s-a vaporizat într-un gaz. Nu toate pompele de căldură au însă acumulator.

Compresorul stoarce moleculele gazului frigorific împreună, crescând temperatura agentului frigorific. Acest dispozitiv ajută la transferul energiei termice între sursă și chiuvetă.

Condensatorul este o bobină în care agentul frigorific degajă căldură mediului înconjurător și devine lichid.

Dispozitivul de expansiune scade presiunea creată de compresor. Acest lucru face ca temperatura să scadă, iar agentul frigorific devine un amestec de vapori/lichid la temperatură scăzută.

Unitatea exterioară este locul unde căldura este transferată către/din aerul exterior într-o pompă de căldură cu sursă de aer. Această unitate conține în general o bobină de schimbător de căldură, compresor și supapă de expansiune. Arată și funcționează în același mod ca și porțiunea exterioară a unui aparat de aer condiționat.

Bobina interioară este locul unde căldura este transferată către/din aerul interior în anumite tipuri de pompe de căldură cu sursă de aer. În general, unitatea interioară conține o bobină schimbătoare de căldură și poate include și un ventilator suplimentar pentru a circula aerul încălzit sau răcit în spațiul ocupat.

Plenul, văzut doar în instalațiile conducte, face parte din rețeaua de distribuție a aerului. Plenul este un compartiment de aer care face parte din sistemul de distribuire a aerului încălzit sau răcit prin casă. În general, este un compartiment mare imediat deasupra sau în jurul schimbătorului de căldură.

Alți termeni

Unități de măsură pentru capacitatea sau consumul de energie:

• Un Btu/h, sau unitatea termică britanică pe oră, este o unitate utilizată pentru a măsura puterea termică a unui sistem de încălzire. Un Btu este cantitatea de energie termică emisă de o lumânare tipică de ziua de naștere. Dacă această energie termică ar fi eliberată în decurs de o oră, ar fi echivalentul a un Btu/h.
• Un kW, sau kilowatt, este egal cu 1000 de wați. Aceasta este cantitatea de putere necesară de zece becuri de 100 de wați.
• O tonă este o măsură a capacității pompei de căldură. Este echivalent cu 3,5 kW sau 12 000 Btu/h.

Pompe de căldură cu sursă de aer

Pompele de căldură cu sursă de aer utilizează aerul exterior ca sursă de energie termică în modul de încălzire și ca chiuvetă pentru a respinge energia în modul de răcire. Aceste tipuri de sisteme pot fi, în general, clasificate în două categorii:

Pompe de căldură aer-aer. Aceste unități încălzesc sau răcesc aerul din interiorul casei dvs. și reprezintă marea majoritate a integrărilor pompelor de căldură cu surse de aer din Canada. Ele pot fi clasificate în continuare în funcție de tipul de instalație:

• Conductă: serpentina interioară a pompei de căldură este amplasată într-o conductă. Aerul este încălzit sau răcit prin trecerea peste serpentină, înainte de a fi distribuit prin conducte în diferite locații din casă.
• Fără conducte: serpentina interioară a pompei de căldură este amplasată într-o unitate interioară. Aceste unități interioare sunt în general amplasate pe podeaua sau peretele unui spațiu ocupat și încălzesc sau răcesc aerul din spațiul respectiv. Printre aceste unități, puteți vedea termenii mini- și multi-split:
  • Mini-Split: O singură unitate interioară este situată în interiorul casei, deservită de o singură unitate exterioară.
  • Multi-Split: mai multe unități interioare sunt situate în casă și sunt deservite de o singură unitate exterioară.

Sistemele aer-aer sunt mai eficiente atunci când diferența de temperatură dintre interior și exterior este mai mică. Din acest motiv, pompele de căldură aer-aer încearcă în general să-și optimizeze eficiența furnizând un volum mai mare de aer cald și încălzind acel aer la o temperatură mai scăzută (în mod normal între 25 și 45°C). Acest lucru contrastează cu sistemele de cuptoare, care furnizează un volum mai mic de aer, dar încălzesc acel aer la temperaturi mai ridicate (între 55°C și 60°C). Dacă treceți la o pompă de căldură dintr-un cuptor, este posibil să observați acest lucru atunci când începeți să utilizați noua pompă de căldură.

Pompe de căldură aer-apă: mai puțin obișnuite în Canada, pompele de căldură aer-apă încălzesc sau răcesc apa și sunt utilizate în casele cu sisteme de distribuție hidronice (pe bază de apă), cum ar fi radiatoare cu temperatură joasă, podele radiante sau unități ventiloconvector. În modul de încălzire, pompa de căldură furnizează energie termică sistemului hidronic. Acest proces este inversat în modul de răcire, iar energia termică este extrasă din sistemul hidronic și respinsă în aerul exterior.

Temperaturile de funcționare în sistemul hidronic sunt critice atunci când se evaluează pompele de căldură aer-apă. Pompele de căldură aer-apă funcționează mai eficient la încălzirea apei la temperaturi mai scăzute, adică sub 45 până la 50°C, și ca atare se potrivesc mai bine pentru pardoseli radiante sau sisteme ventiloconvectoare. Trebuie avut grijă dacă luați în considerare utilizarea lor cu radiatoare de temperatură înaltă care necesită temperaturi ale apei peste 60°C, deoarece aceste temperaturi depășesc în general limitele majorității pompelor de căldură rezidențiale.

Beneficiile majore ale pompelor de căldură cu sursă de aer

Instalarea unei pompe de căldură cu sursă de aer vă poate oferi o serie de beneficii. Această secțiune explorează modul în care pompele de căldură cu sursă de aer pot beneficia de amprenta energetică a gospodăriei dvs.

Eficienţă

Beneficiul major al utilizării unei pompe de căldură cu sursă de aer este eficiența ridicată pe care o poate oferi în încălzire în comparație cu sistemele tipice precum cuptoare, cazane și plinte electrice. La 8°C, coeficientul de performanță (COP) al pompelor de căldură cu sursă de aer variază de obicei între 2,0 și 5,4. Aceasta înseamnă că, pentru unitățile cu un COP de 5, se transferă 5 kilowați-oră (kWh) de căldură pentru fiecare kWh de energie electrică furnizat pompei de căldură. Pe măsură ce temperatura aerului exterior scade, COP-urile sunt mai mici, deoarece pompa de căldură trebuie să funcționeze la o diferență de temperatură mai mare între spațiul interior și cel exterior. La –8°C, COP-urile pot varia de la 1,1 la 3,7.

Pe o bază sezonieră, factorul de performanță sezonieră de încălzire (HSPF) al unităților disponibile pe piață poate varia de la 7,1 la 13,2 (Regiunea V). Este important de reținut că aceste estimări HSPF sunt pentru o zonă cu o climă similară cu Ottawa. Economiile reale depind în mare măsură de locația instalării pompei de căldură.

Economii de energie

Eficiența mai mare a pompei de căldură se poate traduce prin reduceri semnificative ale consumului de energie. Economiile reale în casa dvs. vor depinde de o serie de factori, inclusiv climatul local, eficiența sistemului actual, dimensiunea și tipul pompei de căldură și strategia de control. Multe calculatoare online sunt disponibile pentru a oferi o estimare rapidă a câte economii de energie vă puteți aștepta pentru aplicația dvs. Instrumentul ASHP-Eval de la NRCan este disponibil gratuit și poate fi folosit de instalatori și proiectanți mecanici pentru a vă ajuta să vă consilieze cu privire la situația dvs.

Cum funcționează o pompă de căldură cu sursă de aer?

Transcriere

O pompă de căldură cu sursă de aer are trei cicluri:

• Ciclul de încălzire: Furnizarea de energie termică clădirii
• Ciclul de răcire: eliminarea energiei termice din clădire
• Ciclul de dezghețare: îndepărtarea înghețului
• acumulare pe bobine exterioare

Ciclul de încălzire

Observație:

Unele dintre articole sunt preluate de pe Internet. Dacă există vreo încălcare, vă rugăm să ne contactați pentru ao șterge. Dacă sunteți interesat de produsele pentru pompe de căldură, vă rugăm să nu ezitați să contactați compania OSB pentru pompe de căldură, suntem cea mai bună alegere.