Основным ограничением воздушных тепловых насосов является значительное снижение производительности, когда температура наружного воздуха достигает нуля.
Тепловые насосы становятся эффективным решением для отопления помещений и кондиционирования воздуха, особенно при использовании в системах с переменным потоком хладагента. Они могут соответствовать самым эффективным системам кондиционирования воздуха в режиме охлаждения и могут конкурировать с низкой стоимостью отопления с помощью сжигания, используя только электричество. По сравнению с обычным нагревателем сопротивления, тепловой насос обеспечивает экономию от 40 до 80 процентов, в зависимости от конкретной модели и условий эксплуатации.
В то время как воздушные тепловые насосы обмениваются теплом напрямую с наружным воздухом, геотермальные тепловые насосы используют преимущества стабильной подземной температуры для достижения более высокой эффективности. Учитывая высокую цену и сложность установки геотермальной системы, наиболее распространенным вариантом являются воздушные тепловые насосы.
Основным ограничением воздушных тепловых насосов является значительное снижение производительности, когда температура наружного воздуха достигает нуля. Инженеры-проектировщики должны учитывать влияние местных погодных условий при выборе теплового насоса и обеспечивать, чтобы система была оснащена адекватными мерами для обеспечения самых низких ожидаемых температур.
Как экстремальный холод влияет на воздушные тепловые насосы?
Основной проблемой при использовании воздушного теплового насоса при отрицательных температурах является контроль накопления льда на наружных теплообменниках. Поскольку устройство отводит тепло от уже холодного наружного воздуха, влага может легко собираться и замерзать на поверхности змеевиков.
Хотя цикл размораживания тепловым насосом может растопить лед на наружных змеевиках, агрегат не может обеспечить обогрев помещения, пока длится цикл. Когда температура наружного воздуха падает, тепловой насос должен чаще включаться в цикл оттаивания, чтобы компенсировать образование льда, а это ограничивает подачу тепла во внутренние помещения.
Поскольку геотермальные тепловые насосы не обмениваются теплом с наружным воздухом, они относительно не подвержены влиянию отрицательных температур. Однако они требуют раскопок, которые может быть сложно провести под существующими зданиями, особенно в густонаселенных городских районах.
Выбор воздушных тепловых насосов для холодной погоды
При использовании воздушных тепловых насосов при отрицательных температурах существует два основных способа компенсации потерь тепла во время циклов оттаивания:
Добавление резервной системы отопления, обычно газовой горелки или электрического нагревателя.
Выбор теплового насоса со встроенными мерами против накопления инея.
Резервные системы отопления для воздушных тепловых насосов являются простым решением, но они имеют тенденцию увеличивать стоимость владения системой. Конструктивные соображения меняются в зависимости от указанного типа резервного отопления:
Электрический нагреватель сопротивления работает от того же источника энергии, что и тепловой насос. Однако при данной тепловой нагрузке он потребляет больше тока, что требует увеличения пропускной способности проводов. Общая эффективность системы также падает, поскольку нагрев сопротивлением гораздо менее эффективен, чем работа теплового насоса.
Газовая горелка обеспечивает гораздо более низкие эксплуатационные расходы, чем резистивный нагреватель. Однако для этого требуется система подачи газа и вытяжная система, что увеличивает стоимость установки.
Если в системе теплового насоса используется резервный нагрев, рекомендуется установить термостат на умеренную температуру. Это сводит к минимуму частоту цикла оттаивания и время работы резервной системы отопления, снижая общее потребление энергии.
Тепловые насосы со встроенными средствами защиты от холода
Воздушные тепловые насосы ведущих производителей обычно рассчитаны на температуру наружного воздуха до -4°F. Однако, если в устройствах предусмотрены меры для холодной погоды, их рабочий диапазон может быть ниже -10°F или даже -20°F. Ниже приведены некоторые общие конструктивные особенности, используемые производителями тепловых насосов для смягчения воздействия цикла оттаивания:
Некоторые производители включают в комплект тепловые аккумуляторы, которые могут продолжать отдавать тепло, когда тепловой насос входит в цикл оттаивания.
Существуют также конфигурации теплового насоса, в которых одна из линий горячего хладагента циркулирует через наружный блок, чтобы предотвратить замерзание. Цикл размораживания активируется только тогда, когда этого нагревательного эффекта недостаточно.
Когда в системе теплового насоса используется несколько наружных блоков, их можно запрограммировать на вход в цикл оттаивания последовательно, а не одновременно. Таким образом, система никогда не потеряет свою полную теплопроизводительность из-за размораживания.
Наружные блоки также могут быть оснащены кожухами, защищающими блок от прямого попадания снега. Таким образом, агрегату придется иметь дело только со льдом, который образуется непосредственно на змеевиках.
Хотя эти меры не исключают полностью цикл оттаивания, они могут снизить его влияние на тепловую мощность. Для достижения наилучших результатов с помощью системы теплового насоса с воздушным источником первым рекомендуемым шагом является оценка местной погоды. Таким образом, с самого начала можно определить адекватную систему; это проще и дешевле, чем модернизация неподходящей установки.
Дополнительные меры по повышению эффективности теплового насоса
Наличие энергоэффективной системы теплового насоса снижает расходы на отопление и охлаждение. Однако само здание также можно спроектировать так, чтобы минимизировать потребность в охлаждении летом и в отоплении зимой. Оболочка здания с достаточной изоляцией и воздухонепроницаемостью сводит к минимуму потребность в отоплении и охлаждении по сравнению со зданием с плохой изоляцией и большим количеством утечек воздуха.
Средства управления вентиляцией также способствуют повышению эффективности отопления и охлаждения, регулируя поток воздуха в соответствии с потребностями здания. Когда системы вентиляции постоянно работают с полным потоком воздуха, объем воздуха, который необходимо кондиционировать, увеличивается. С другой стороны, если вентиляция регулируется в зависимости от количества людей, общий объем воздуха, который необходимо кондиционировать, будет ниже.
Существует широкий спектр конфигураций отопления и охлаждения, которые можно использовать в зданиях. Однако самая низкая стоимость владения достигается, когда установка оптимизирована в соответствии с потребностями здания.
Статья Майкла Тобиаса
Ссылка: Тобиас, М. (nd). Пожалуйста, включите файлы cookie. СтекПат. https://www.contractormag.com/green/article/20883974/airsource-heat-pumps-in-cold-weather.
Если вы хотите избежать проблем с низкой производительностью тепловых насосов при низкой температуре окружающей среды, мы будем рады представить вам наши воздушные тепловые насосы EVI! Вместо обычной температуры окружающей среды от -7 до 43 градусов Цельсия они способны работать при минимальной температуре до -25 градусов Цельсия. Не стесняйтесь обращаться к нам для получения дополнительной информации!
Время публикации: 16 марта 2022 г.