Încălzirea și răcirea cu o pompă de căldură - Partea 2

În timpul ciclului de încălzire, căldura este preluată din aerul exterior și „pompată” în interior.

• Mai întâi, agentul frigorific lichid trece prin dispozitivul de expansiune, transformându-se într-un amestec lichid/vapori de joasă presiune. Apoi merge la serpentina exterioară, care acționează ca serpentina evaporatorului. Agentul frigorific lichid absoarbe căldura din aerul exterior și fierbe, devenind vapori la temperatură scăzută.
• Acești vapori trec prin supapa de inversare către acumulator, care colectează orice lichid rămas înainte ca vaporii să intre în compresor. Vaporii sunt apoi comprimați, reducându-și volumul și făcându-i să se încălzească.
• În cele din urmă, supapa de inversare trimite gazul, care este acum fierbinte, către serpentina interioară, care este condensatorul. Căldura de la gazul fierbinte este transferată în aerul din interior, determinând condensarea agentului frigorific într-un lichid. Acest lichid revine în dispozitivul de expansiune și ciclul se repetă. Bobina interioară este situată în conducte, aproape de cuptor.

Capacitatea pompei de căldură de a transfera căldură din aerul exterior către casă depinde de temperatura exterioară. Pe măsură ce această temperatură scade, scade și capacitatea pompei de căldură de a absorbi căldura. Pentru multe instalații de pompe de căldură cu sursă de aer, aceasta înseamnă că există o temperatură (numită punct de echilibru termic) când capacitatea de încălzire a pompei de căldură este egală cu pierderea de căldură a casei. Sub această temperatură exterioară, pompa de căldură poate furniza doar o parte din căldura necesară pentru a menține spațiul de locuit confortabil și este necesară căldură suplimentară.

Este important de menționat că marea majoritate a pompelor de căldură cu sursă de aer au o temperatură minimă de funcționare, sub care nu pot funcționa. Pentru modelele mai noi, aceasta poate varia între -15°C și -25°C. Sub această temperatură, trebuie utilizat un sistem suplimentar pentru a asigura încălzirea clădirii.

Ciclul de răcire

Ciclul descris mai sus este inversat pentru a răci casa în timpul verii. Unitatea scoate căldură din aerul din interior și o respinge în exterior.

• Ca și în ciclul de încălzire, agentul frigorific lichid trece prin dispozitivul de expansiune, transformându-se într-un amestec lichid/vapori de joasă presiune. Apoi merge la serpentina interioară, care acționează ca evaporator. Agentul frigorific lichid absoarbe căldura din aerul din interior și fierbe, devenind vapori la temperatură scăzută.
• Acești vapori trec prin supapa de inversare către acumulator, care colectează orice lichid rămas și apoi către compresor. Vaporii sunt apoi comprimați, reducându-și volumul și făcându-i să se încălzească.
• În cele din urmă, gazul, care este acum fierbinte, trece prin supapa de inversare către serpentina exterioară, care acționează ca condensator. Căldura de la gazul fierbinte este transferată în aerul exterior, determinând condensarea agentului frigorific într-un lichid. Acest lichid se întoarce în dispozitivul de expansiune și ciclul se repetă.

În timpul ciclului de răcire, pompa de căldură dezumidifică și aerul din interior. Umiditatea din aerul care trece peste bobina interioară se condensează pe suprafața bobinei și este colectată într-o tigaie în partea de jos a bobinei. O scurgere a condensului conectează această tigaie la scurgerea casei.

Ciclul de dezghețare

Dacă temperatura exterioară scade până la aproape sau sub îngheț atunci când pompa de căldură funcționează în modul de încălzire, umezeala din aerul care trece peste serpentina exterioară se va condensa și îngheța pe acesta. Cantitatea de îngheț acumulată depinde de temperatura exterioară și de cantitatea de umiditate din aer.

Această acumulare de îngheț scade eficiența bobinei prin reducerea capacității acesteia de a transfera căldură la agentul frigorific. La un moment dat, înghețul trebuie îndepărtat. Pentru a face acest lucru, pompa de căldură trece în modul de dezghețare. Cea mai comună abordare este:

• În primul rând, supapa de inversare comută dispozitivul în modul de răcire. Acest lucru trimite gaz fierbinte la serpentina exterioară pentru a topi gerul. În același timp, ventilatorul exterior, care în mod normal sufla aer rece peste serpentină, este oprit pentru a reduce cantitatea de căldură necesară pentru a topi gerul.
• În timp ce se întâmplă acest lucru, pompa de căldură răcește aerul din conducte. Sistemul de încălzire ar încălzi în mod normal acest aer, deoarece este distribuit în toată casa.

Una dintre cele două metode este utilizată pentru a determina când unitatea intră în modul de dezghețare:

• Comenzile de îngheț la cerere monitorizează debitul de aer, presiunea agentului frigorific, temperatura aerului sau a bateriei și diferența de presiune pe serpentina exterioară pentru a detecta acumularea de îngheț.
• Dezghețarea timp-temperatură este pornită și încheiată de un temporizator de interval prestabilit sau de un senzor de temperatură situat pe bobina exterioară. Ciclul poate fi inițiat la fiecare 30, 60 sau 90 de minute, în funcție de climă și de designul sistemului.

Ciclurile de dezghețare inutile reduc performanța sezonieră a pompei de căldură. Ca urmare, metoda de îngheț la cerere este în general mai eficientă, deoarece începe ciclul de dezghețare numai atunci când este necesar.

Surse suplimentare de căldură

Deoarece pompele de căldură cu sursă de aer au o temperatură exterioară minimă de funcționare (între -15°C și -25°C) și o capacitate de încălzire redusă la temperaturi foarte scăzute, este important să se ia în considerare o sursă de încălzire suplimentară pentru funcționarea pompei de căldură cu sursă de aer. Încălzirea suplimentară poate fi necesară și atunci când pompa de căldură se dezgheță. Sunt disponibile diferite opțiuni:

• Toate electrice: În această configurație, funcționarea pompei de căldură este completată cu elemente de rezistență electrică situate în conducte sau cu plinte electrice. Aceste elemente de rezistență sunt mai puțin eficiente decât pompa de căldură, dar capacitatea lor de a asigura încălzirea este independentă de temperatura exterioară.
• Sistem hibrid: Într-un sistem hibrid, pompa de căldură cu sursă de aer utilizează un sistem suplimentar, cum ar fi un cuptor sau un cazan. Această opțiune poate fi utilizată în instalații noi și este, de asemenea, o opțiune bună în cazul în care o pompă de căldură este adăugată la un sistem existent, de exemplu, atunci când o pompă de căldură este instalată ca înlocuitor pentru un aer condiționat central.

Consultați secțiunea finală a acestei broșuri, Echipamente înrudite, pentru mai multe informații despre sistemele care utilizează surse suplimentare de încălzire. Acolo, puteți găsi discuții despre opțiunile despre cum să vă programați sistemul pentru a trece între utilizarea pompei de căldură și utilizarea surselor de căldură suplimentare.

Considerații privind eficiența energetică

Pentru a sprijini înțelegerea acestei secțiuni, consultați secțiunea anterioară numită O introducere în eficiența pompei de căldură pentru o explicație a ceea ce reprezintă HSPF și SEER.

În Canada, reglementările privind eficiența energetică prescriu o eficiență sezonieră minimă în încălzire și răcire care trebuie atinsă pentru ca produsul să fie vândut pe piața canadiană. În plus față de aceste reglementări, provincia sau teritoriul dvs. pot avea cerințe mai stricte.

Performanța minimă pentru Canada în ansamblu și gamele tipice pentru produsele disponibile pe piață sunt rezumate mai jos pentru încălzire și răcire. De asemenea, este important să verificați pentru a vedea dacă există reglementări suplimentare în regiunea dvs. înainte de a vă selecta sistemul.

Performanță sezonieră de răcire, SEER:

• SEER minim (Canada): 14
• Gamă, SEER în produse disponibile pe piață: 14 până la 42

Performanță sezonieră de încălzire, HSPF

• HSPF minim (Canada): 7,1 (pentru Regiunea V)
• Gamă, HSPF în produsele disponibile pe piață: 7,1 până la 13,2 (pentru Regiunea V)

Notă: Factorii HSPF sunt furnizați pentru Zona climatică V AHRI, care are o climă similară cu Ottawa. Eficiența sezonieră reală poate varia în funcție de regiune. Un nou standard de performanță care își propune să reprezinte mai bine performanța acestor sisteme în regiunile canadiene este în prezent în curs de dezvoltare.

Valorile reale SEER sau HSPF depind de o varietate de factori legați în principal de proiectarea pompei de căldură. Performanța actuală a evoluat semnificativ în ultimii 15 ani, determinată de noile dezvoltări în tehnologia compresoarelor, designul schimbătorului de căldură și debitul și controlul îmbunătățit al agentului frigorific.

Pompe de căldură cu o singură viteză și cu viteză variabilă

De o importanță deosebită atunci când luăm în considerare eficiența este rolul noilor modele de compresoare în îmbunătățirea performanței sezoniere. De obicei, unitățile care funcționează la SEER și HSPF minim prescris sunt caracterizate de pompe de căldură cu o singură viteză. Sunt disponibile acum pompe de căldură cu sursă de aer cu viteză variabilă care sunt concepute pentru a varia capacitatea sistemului pentru a se potrivi mai bine cu cererea de încălzire/răcire a casei la un moment dat. Acest lucru ajută la menținerea eficienței maxime în orice moment, inclusiv în condiții mai blânde, când există o cerere mai scăzută pentru sistem.

Mai recent, au fost introduse pe piață pompe de căldură cu sursă de aer, care sunt mai bine adaptate să funcționeze în climatul rece din Canada. Aceste sisteme, numite adesea pompe de căldură pentru climă rece, combină compresoare cu capacitate variabilă cu design și comenzi îmbunătățite ale schimbătorului de căldură pentru a maximiza capacitatea de încălzire la temperaturi mai scăzute ale aerului, menținând în același timp eficiențe ridicate în condiții mai blânde. Aceste tipuri de sisteme au de obicei valori SEER și HSPF mai mari, unele sisteme atingând SEER până la 42 și HSPF apropiindu-se de 13.

Certificare, standarde și scale de evaluare

Asociația Canadiană de Standarde (CSA) verifică în prezent toate pompele de căldură pentru siguranța electrică. Un standard de performanță specifică testele și condițiile de testare în care sunt determinate capacitățile și eficiența de încălzire și răcire a pompei de căldură. Standardele de testare a performanței pentru pompele de căldură cu sursă de aer sunt CSA C656, care (din 2014) a fost armonizată cu ANSI/AHRI 210/240-2008, Evaluarea performanței echipamentelor unitare de aer condiționat și pompe de căldură cu sursă de aer. De asemenea, înlocuiește CAN/CSA-C273.3-M91, Standard de performanță pentru aparatele de aer condiționat și pompele de căldură cu sistem split.

Considerații privind dimensiunea

Pentru a dimensiona în mod corespunzător sistemul dvs. de pompă de căldură, este important să înțelegeți nevoile de încălzire și răcire pentru casa dvs. Se recomandă ca un profesionist în încălzire și răcire să fie angajat pentru a efectua calculele necesare. Sarcinile de încălzire și răcire ar trebui determinate utilizând o metodă de dimensionare recunoscută, cum ar fi CSA F280-12, „Determinarea capacității necesare a aparatelor de încălzire și răcire a spațiului rezidențial”.

Dimensionarea sistemului dumneavoastră de pompă de căldură trebuie făcută în funcție de climă, de încărcăturile clădirii de încălzire și răcire și de obiectivele instalației dumneavoastră (de exemplu, maximizarea economiilor de energie termică față de înlocuirea unui sistem existent în anumite perioade ale anului). Pentru a ajuta la acest proces, NRCan a dezvoltat un Ghid de dimensionare și selecție a pompei de căldură cu sursă de aer. Acest ghid, împreună cu un instrument software însoțitor, este destinat consilierilor energetici și proiectanților mecanici și este disponibil gratuit pentru a oferi îndrumări privind dimensionarea adecvată.

Dacă o pompă de căldură este subdimensionată, veți observa că sistemul suplimentar de încălzire va fi folosit mai frecvent. Deși un sistem subdimensionat va funcționa în continuare eficient, este posibil să nu obțineți economiile de energie anticipate din cauza utilizării ridicate a unui sistem de încălzire suplimentar.

De asemenea, dacă o pompă de căldură este supradimensionată, este posibil ca economiile de energie dorite să nu fie realizate din cauza funcționării ineficiente în condiții mai blânde. În timp ce sistemul de încălzire suplimentară funcționează mai rar, în condiții ambientale mai calde, pompa de căldură produce prea multă căldură și unitatea se pornește și se oprește, ducând la disconfort, uzura pompei de căldură și consumul de energie electrică în așteptare. Prin urmare, este important să înțelegeți bine sarcina dvs. de încălzire și care sunt caracteristicile de funcționare a pompei de căldură pentru a obține economii optime de energie.

Alte criterii de selecție

În afară de dimensionare, ar trebui luați în considerare câțiva factori de performanță suplimentari:

• HSPF: Selectați o unitate cu un HSPF cât mai mare posibil. Pentru unitățile cu valori nominale HSPF comparabile, verificați valorile lor staționare la –8,3°C, valoarea nominală de temperatură scăzută. Unitatea cu valoarea mai mare va fi cea mai eficientă din majoritatea regiunilor Canadei.
• Dezghețare: Selectați o unitate cu control de dezghețare la cerere. Acest lucru minimizează ciclurile de dezghețare, ceea ce reduce consumul de energie suplimentară și a pompei de căldură.
• Evaluarea sunetului: sunetul este măsurat în unități numite decibeli (dB). Cu cât valoarea este mai mică, cu atât puterea sonoră emisă de unitatea exterioară este mai mică. Cu cât nivelul de decibeli este mai mare, cu atât zgomotul este mai puternic. Majoritatea pompelor de căldură au un nivel sonor de 76 dB sau mai mic.

Considerații de instalare

Pompele de căldură cu sursă de aer trebuie instalate de un antreprenor calificat. Consultați un profesionist local în încălzire și răcire pentru a dimensiona, instala și întreține echipamentul dvs. pentru a asigura operațiuni eficiente și fiabile. Dacă doriți să implementați o pompă de căldură care să înlocuiască sau să suplimenteze cuptorul central, ar trebui să știți că pompele de căldură funcționează în general la debite de aer mai mari decât sistemele de cuptoare. În funcție de dimensiunea noii pompe de căldură, pot fi necesare unele modificări ale conductelor pentru a evita zgomotul suplimentar și utilizarea energiei ventilatorului. Contractorul dumneavoastră vă va putea oferi îndrumări cu privire la cazul dumneavoastră specific.

Costul instalării unei pompe de căldură cu sursă de aer depinde de tipul de sistem, de obiectivele dvs. de proiectare și de orice echipament de încălzire și conducte existente în casa dvs. În unele cazuri, pot fi necesare modificări suplimentare la conductele sau la serviciile electrice pentru a sprijini noua instalație a pompei de căldură.

Considerații privind funcționarea

Ar trebui să rețineți câteva lucruri importante atunci când utilizați pompa de căldură:

• Optimizați punctele de referință ale pompei de căldură și ale sistemului suplimentar. Dacă aveți un sistem electric suplimentar (de exemplu, plinte sau elemente de rezistență în conductă), asigurați-vă că utilizați un punct de referință de temperatură mai scăzut pentru sistemul dumneavoastră suplimentar. Acest lucru va ajuta la maximizarea cantității de încălzire pe care pompa de căldură o oferă casei dvs., reducând consumul de energie și facturile la utilități. Se recomandă un punct de referință de la 2°C până la 3°C sub punctul de referință al temperaturii de încălzire a pompei de căldură. Consultați-vă contractorul de instalare cu privire la punctul de referință optim pentru sistemul dumneavoastră.
• Configurați pentru o dezghețare eficientă. Puteți reduce consumul de energie prin configurarea sistemului pentru a opri ventilatorul interior în timpul ciclurilor de dezghețare. Acest lucru poate fi realizat de instalatorul dvs. Cu toate acestea, este important de reținut că dezghețarea poate dura puțin mai mult cu această setare.
• Minimizați scăderile de temperatură. Pompele de căldură au un răspuns mai lent decât sistemele de cuptoare, astfel încât răspund mai greu la scăderi profunde de temperatură. Ar trebui să se utilizeze scăderi moderate de cel mult 2°C sau ar trebui să se folosească un termostat „inteligent” care pornește sistemul devreme, în așteptarea unei refaceri după retragere. Din nou, consultați contractorul de instalare cu privire la temperatura optimă de reducere a sistemului dumneavoastră.
• Optimizați-vă direcția fluxului de aer. Dacă aveți o unitate interioară montată pe perete, luați în considerare reglarea direcției fluxului de aer pentru a vă maximiza confortul. Majoritatea producătorilor recomandă direcționarea fluxului de aer în jos când se încălzi și către ocupanți atunci când se răcesc.
• Optimizați setările ventilatorului. De asemenea, asigurați-vă că ajustați setările ventilatorului pentru a maximiza confortul. Pentru a maximiza căldura furnizată de pompa de căldură, este recomandat să setați viteza ventilatorului la mare sau „Automat”. În timpul răcirii, pentru a îmbunătăți și dezumidificarea, se recomandă viteza „scăzută” a ventilatorului.

Considerații de întreținere

Întreținerea corespunzătoare este esențială pentru a vă asigura că pompa dumneavoastră de căldură funcționează eficient, fiabil și are o durată de viață lungă. Ar trebui să solicitați un antreprenor calificat să efectueze întreținerea anuală a unității dvs. pentru a vă asigura că totul este în stare bună de funcționare.

Pe lângă întreținerea anuală, există câteva lucruri simple pe care le puteți face pentru a asigura operațiuni fiabile și eficiente. Asigurați-vă că schimbați sau curățați filtrul de aer la fiecare 3 luni, deoarece filtrele înfundate vor reduce fluxul de aer și vor reduce eficiența sistemului. De asemenea, asigurați-vă că orificiile de ventilație și registrele de aer din casa dvs. nu sunt blocate de mobilier sau covoare, deoarece fluxul inadecvat de aer către sau dinspre unitate poate scurta durata de viață a echipamentului și poate reduce eficiența sistemului.

Costuri de operare

Economiile de energie din instalarea unei pompe de căldură pot ajuta la reducerea facturilor lunare la energie. Obținerea unei reduceri a facturilor la energie depinde în mare măsură de prețul energiei electrice în raport cu alți combustibili, cum ar fi gazul natural sau uleiul de încălzire, și, în aplicațiile de modernizare, ce tip de sistem este înlocuit.

Pompele de căldură în general au un cost mai mare în comparație cu alte sisteme precum cuptoare sau plinte electrice datorită numărului de componente din sistem. În unele regiuni și cazuri, acest cost suplimentar poate fi recuperat într-o perioadă de timp relativ scurtă prin economiile de costuri de utilități. Cu toate acestea, în alte regiuni, tarifele variate ale utilităților pot prelungi această perioadă. Este important să lucrați cu contractorul sau consilierul energetic pentru a obține o estimare a economiei pompelor de căldură din zona dumneavoastră și a potențialelor economii pe care le puteți realiza.

Speranța de viață și garanții

Pompele de căldură cu sursă de aer au o durată de viață între 15 și 20 de ani. Compresorul este componenta critică a sistemului.

Majoritatea pompelor de căldură sunt acoperite de o garanție de un an pentru piese și manopera și o garanție suplimentară de cinci până la zece ani pentru compresor (numai pentru piese). Cu toate acestea, garanțiile variază între producători, așa că verificați literele mici.

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.