Отопление и охлаждение с помощью теплового насоса. Часть 2.

Во время цикла отопления тепло забирается из наружного воздуха и «перекачивается» внутрь помещения.

• Сначала жидкий хладагент проходит через расширительное устройство, превращаясь в смесь жидкости и пара под низким давлением. Затем он поступает в наружный змеевик, который действует как змеевик испарителя. Жидкий хладагент поглощает тепло из наружного воздуха и кипит, превращаясь в низкотемпературный пар.
• Этот пар проходит через реверсивный клапан в аккумулятор, который собирает оставшуюся жидкость до того, как пар попадет в компрессор. Затем пар сжимается, уменьшая его объем и вызывая его нагревание.
• Наконец, реверсивный клапан направляет газ, который теперь горячий, во внутренний змеевик, который является конденсатором. Тепло от горячего газа передается воздуху в помещении, в результате чего хладагент конденсируется в жидкость. Эта жидкость возвращается в расширительное устройство, и цикл повторяется. Внутренний змеевик расположен в воздуховоде, рядом с печью.

Способность теплового насоса передавать тепло от наружного воздуха в дом зависит от температуры наружного воздуха. Когда эта температура падает, способность теплового насоса поглощать тепло также падает. Для многих установок теплового насоса с воздушным источником это означает, что существует температура (называемая точкой теплового баланса), при которой теплопроизводительность теплового насоса равна теплопотерям дома. Ниже этой температуры наружного воздуха тепловой насос может обеспечить только часть тепла, необходимого для поддержания комфорта жилого помещения, и требуется дополнительное тепло.

Важно отметить, что подавляющее большинство воздушных тепловых насосов имеют минимальную рабочую температуру, ниже которой они не могут работать. Для более новых моделей этот показатель может находиться в диапазоне от -15°C до -25°C. Ниже этой температуры необходимо использовать дополнительную систему для обогрева здания.

Цикл охлаждения

Описанный выше цикл меняется на обратный для охлаждения дома летом. Устройство забирает тепло из воздуха в помещении и выбрасывает его наружу.

• Как и в цикле нагрева, жидкий хладагент проходит через расширительное устройство, превращаясь в смесь жидкости и пара под низким давлением. Затем он поступает во внутренний змеевик, который действует как испаритель. Жидкий хладагент поглощает тепло из воздуха в помещении и кипит, превращаясь в низкотемпературный пар.
• Этот пар проходит через реверсивный клапан в аккумулятор, который собирает остатки жидкости, а затем в компрессор. Затем пар сжимается, уменьшая его объем и вызывая его нагревание.
• Наконец, газ, который теперь горячий, проходит через реверсивный клапан к наружному змеевику, который действует как конденсатор. Тепло от горячего газа передается наружному воздуху, в результате чего хладагент конденсируется в жидкость. Эта жидкость возвращается в расширительное устройство, и цикл повторяется.

Во время цикла охлаждения тепловой насос также осушает воздух в помещении. Влага из воздуха, проходящего над внутренним теплообменником, конденсируется на поверхности теплообменника и собирается в поддоне в нижней части теплообменника. Слив конденсата соединяет этот поддон со канализацией дома.

Цикл разморозки

Если температура наружного воздуха падает почти до нуля или ниже нуля, когда тепловой насос работает в режиме обогрева, влага в воздухе, проходящем через внешний змеевик, конденсируется и замерзает на нем. Количество инея зависит от температуры наружного воздуха и количества влаги в воздухе.

Накопление инея снижает эффективность змеевика за счет снижения его способности передавать тепло хладагенту. В какой-то момент иней необходимо убрать. Для этого тепловой насос переключается в режим размораживания. Самый распространенный подход:

• Сначала реверсивный клапан переводит устройство в режим охлаждения. При этом горячий газ подается на наружный змеевик, чтобы растопить иней. В то же время наружный вентилятор, который обычно обдувает змеевик холодным воздухом, отключается, чтобы уменьшить количество тепла, необходимого для растапливания инея.
• Пока это происходит, тепловой насос охлаждает воздух в воздуховодах. Система отопления обычно нагревает этот воздух, поскольку он распространяется по всему дому.

Для определения момента перехода агрегата в режим размораживания используется один из двух методов:

• Средства контроля замерзания по требованию контролируют поток воздуха, давление хладагента, температуру воздуха или змеевика и перепад давления на наружном змеевике для обнаружения накопления инея.
• Оттайка по времени и температуре запускается и заканчивается таймером с заданным интервалом или датчиком температуры, расположенным на внешнем змеевике. Цикл можно запускать каждые 30, 60 или 90 минут, в зависимости от климата и конструкции системы.

Ненужные циклы оттаивания снижают сезонную производительность теплового насоса. В результате метод размораживания по требованию обычно более эффективен, поскольку он запускает цикл размораживания только тогда, когда это необходимо.

Дополнительные источники тепла

Поскольку воздушные тепловые насосы имеют минимальную рабочую температуру наружного воздуха (от -15°C до -25°C) и пониженную теплопроизводительность при очень низких температурах, важно рассмотреть возможность использования дополнительного источника тепла для работы воздушного теплового насоса. Дополнительный нагрев также может потребоваться во время размораживания теплового насоса. Доступны различные варианты:

• Полностью электрическое: в этой конфигурации работа теплового насоса дополняется электрическими резистивными элементами, расположенными в воздуховодах, или электрическими плинтусами. Эти резистивные элементы менее эффективны, чем тепловой насос, но их способность обеспечивать обогрев не зависит от температуры наружного воздуха.
• Гибридная система: В гибридной системе воздушный тепловой насос использует дополнительную систему, такую ​​как печь или котел. Этот вариант можно использовать в новых установках, а также он является хорошим вариантом, когда тепловой насос добавляется к существующей системе, например, когда тепловой насос устанавливается в качестве замены центрального кондиционера.

Дополнительную информацию о системах, в которых используются дополнительные источники тепла, см. в последнем разделе данной брошюры «Сопутствующее оборудование». Там вы можете найти обсуждение вариантов программирования вашей системы для перехода от использования теплового насоса к использованию дополнительного источника тепла.

Вопросы энергоэффективности

Чтобы лучше понять этот раздел, обратитесь к предыдущему разделу под названием «Введение в эффективность теплового насоса», где объясняется, что представляют собой HSPF и SEER.

В Канаде правила энергоэффективности предписывают минимальную сезонную эффективность отопления и охлаждения, которая должна быть достигнута для продажи продукта на канадском рынке. В дополнение к этим правилам в вашей провинции или территории могут действовать более строгие требования.

Ниже приведены минимальные характеристики для Канады в целом и типичные диапазоны для продуктов, доступных на рынке, для отопления и охлаждения. Прежде чем выбирать систему, важно также проверить, действуют ли в вашем регионе какие-либо дополнительные правила.

Сезонная производительность охлаждения, SEER:

• Минимальный SEER (Канада): 14
• Диапазон, SEER в доступных на рынке продуктах: от 14 до 42.

Сезонная производительность отопления, HSPF

• Минимальный HSPF (Канада): 7,1 (для региона V)
• Диапазон, HSPF в продуктах, доступных на рынке: от 7,1 до 13,2 (для региона V)

Примечание. Коэффициенты HSPF указаны для климатической зоны V AHRI, климат которой аналогичен климату Оттавы. Фактическая сезонная эффективность может варьироваться в зависимости от вашего региона. Новый стандарт производительности, целью которого является лучшее представление производительности этих систем в канадских регионах, в настоящее время находится в стадии разработки.

Фактические значения SEER или HSPF зависят от множества факторов, в первую очередь связанных с конструкцией теплового насоса. Текущие характеристики значительно улучшились за последние 15 лет благодаря новым разработкам в области компрессорных технологий, конструкции теплообменников, а также улучшению потока хладагента и контроля.

Односкоростные и регулируемые тепловые насосы

Особое значение при рассмотрении эффективности имеет роль новых конструкций компрессоров в улучшении сезонных характеристик. Обычно агрегаты, работающие при минимальном предписанном SEER и HSPF, характеризуются односкоростными тепловыми насосами. Теперь доступны воздушные тепловые насосы с регулируемой скоростью, которые предназначены для изменения мощности системы, чтобы более точно соответствовать потребностям дома в отоплении/охлаждении в данный момент. Это помогает поддерживать максимальную эффективность в любое время, в том числе в более мягких условиях, когда нагрузка на систему снижается.

Совсем недавно на рынке появились воздушные тепловые насосы, которые лучше приспособлены к работе в холодном канадском климате. Эти системы, часто называемые тепловыми насосами для холодного климата, сочетают в себе компрессоры переменной производительности с улучшенными конструкциями теплообменников и средствами управления, чтобы максимизировать теплопроизводительность при более низких температурах воздуха, сохраняя при этом высокую эффективность в более мягких условиях. Эти типы систем обычно имеют более высокие значения SEER и HSPF, при этом некоторые системы достигают SEER до 42, а HSPF приближаются к 13.

Сертификация, стандарты и рейтинговые шкалы

Канадская ассоциация стандартов (CSA) в настоящее время проверяет все тепловые насосы на электрическую безопасность. Стандарт производительности определяет испытания и условия испытаний, при которых определяются производительность и эффективность нагрева и охлаждения теплового насоса. Стандартами тестирования производительности воздушных тепловых насосов являются CSA C656, которые (по состоянию на 2014 год) были гармонизированы со стандартом ANSI/AHRI 210/240-2008, «Номинал производительности унитарного оборудования для кондиционирования воздуха и тепловых насосов с воздушным источником». Он также заменяет CAN/CSA-C273.3-M91, стандарт производительности для центральных кондиционеров и тепловых насосов сплит-систем.

Рекомендации по выбору размера

Чтобы правильно подобрать размер системы теплового насоса, важно понимать потребности в отоплении и охлаждении вашего дома. Рекомендуется нанять специалиста по отоплению и охлаждению для проведения необходимых расчетов. Нагрузки на отопление и охлаждение следует определять с использованием признанного метода определения размеров, такого как CSA F280-12, «Определение требуемой мощности приборов для обогрева и охлаждения жилых помещений».

Выбор размера вашей системы теплового насоса должен производиться в соответствии с вашим климатом, нагрузкой на отопление и охлаждение здания, а также целями вашей установки (например, максимизация экономии энергии на отопление по сравнению с заменой существующей системы в определенные периоды года). Чтобы помочь в этом процессе, компания NRCan разработала Руководство по определению размеров и выбору тепловых насосов с воздушным источником. Это руководство вместе с сопутствующим программным обеспечением предназначено для консультантов по энергетике и проектировщиков машиностроения и доступно бесплатно для предоставления рекомендаций по выбору подходящих размеров.

Если тепловой насос недостаточно мощный, вы заметите, что дополнительная система отопления будет использоваться чаще. Хотя система недостаточного размера по-прежнему будет работать эффективно, вы можете не получить ожидаемой экономии энергии из-за частого использования дополнительной системы отопления.

Аналогичным образом, если тепловой насос имеет слишком большие размеры, желаемая экономия энергии может быть не достигнута из-за неэффективной работы в более мягких условиях. Хотя дополнительная система отопления работает реже, в более теплых условиях окружающей среды тепловой насос производит слишком много тепла, и агрегат периодически включается и выключается, что приводит к дискомфорту, износу теплового насоса и потреблению электроэнергии в режиме ожидания. Поэтому важно хорошо понимать свою отопительную нагрузку и рабочие характеристики теплового насоса для достижения оптимальной экономии энергии.

Другие критерии выбора

Помимо определения размера, следует учитывать несколько дополнительных факторов производительности:

• HSPF: выберите блок с максимально высоким HSPF. Для устройств с сопоставимыми номиналами HSPF проверьте их характеристики в установившемся режиме при температуре –8,3°C (низкотемпературный рейтинг). Устройство с более высоким значением будет наиболее эффективным в большинстве регионов Канады.
• Размораживание: выберите устройство с управлением размораживанием по требованию. Это сводит к минимуму циклы размораживания, что снижает потребление дополнительной энергии и энергии теплового насоса.
• Рейтинг звука: Звук измеряется в децибелах (дБ). Чем ниже значение, тем ниже звуковая мощность, излучаемая наружным блоком. Чем выше уровень децибел, тем громче шум. Большинство тепловых насосов имеют уровень шума 76 дБ или ниже.

Рекомендации по установке

Воздушные тепловые насосы должен устанавливать квалифицированный подрядчик. Проконсультируйтесь с местным специалистом по отоплению и охлаждению для определения размера, установки и обслуживания вашего оборудования, чтобы обеспечить его эффективную и надежную работу. Если вы хотите установить тепловой насос для замены или дополнения вашей центральной печи, вы должны знать, что тепловые насосы обычно работают при более высоких расходах воздуха, чем печные системы. В зависимости от размера вашего нового теплового насоса могут потребоваться некоторые модификации воздуховодов, чтобы избежать дополнительного шума и потребления энергии вентилятором. Ваш подрядчик сможет дать вам рекомендации по вашему конкретному случаю.

Стоимость установки воздушного теплового насоса зависит от типа системы, целей вашего проектирования и наличия существующего отопительного оборудования и воздуховодов в вашем доме. В некоторых случаях для поддержки вашей новой установки теплового насоса могут потребоваться дополнительные модификации воздуховодов или электрооборудования.

Рекомендации по эксплуатации

При эксплуатации теплового насоса следует учитывать несколько важных вещей:

• Оптимизируйте настройки теплового насоса и дополнительных систем. Если у вас есть дополнительная электрическая система (например, плинтусы или резистивные элементы в воздуховоде), обязательно используйте более низкую уставку температуры для вашей дополнительной системы. Это поможет максимизировать количество тепла, которое тепловой насос обеспечивает вашему дому, снижая потребление энергии и счета за коммунальные услуги. Рекомендуется установить заданное значение на 2–3 °C ниже заданного значения температуры нагрева теплового насоса. Проконсультируйтесь с вашим подрядчиком по установке относительно оптимальной уставки для вашей системы.
• Настройте эффективную разморозку. Вы можете сократить потребление энергии, настроив систему на отключение внутреннего вентилятора во время циклов оттаивания. Это может выполнить ваш установщик. Однако важно отметить, что при такой настройке разморозка может занять немного больше времени.
• Минимизируйте перепады температуры. Тепловые насосы имеют более медленную реакцию, чем печные системы, поэтому им труднее реагировать на глубокие перепады температуры. Следует использовать умеренные понижения температуры не более 2°C или использовать «умный» термостат, который включает систему заранее, в ожидании восстановления после понижения температуры. Опять же, проконсультируйтесь со своим подрядчиком по установке относительно оптимальной температуры понижения для вашей системы.
• Оптимизируйте направление воздушного потока. Если у вас настенный внутренний блок, рассмотрите возможность регулировки направления воздушного потока, чтобы обеспечить максимальный комфорт. Большинство производителей рекомендуют направлять поток воздуха вниз при обогреве и к пассажирам при охлаждении.
• Оптимизируйте настройки вентилятора. Кроме того, обязательно отрегулируйте настройки вентилятора, чтобы обеспечить максимальный комфорт. Чтобы максимизировать отдачу тепла тепловым насосом, рекомендуется установить высокую скорость вращения вентилятора или «Авто». При охлаждении, чтобы также улучшить осушение, рекомендуется использовать «низкую» скорость вентилятора.

Рекомендации по техническому обслуживанию

Правильное техническое обслуживание имеет решающее значение для обеспечения эффективной, надежной работы и длительного срока службы вашего теплового насоса. Вам следует поручить квалифицированному подрядчику проводить ежегодное техническое обслуживание вашего устройства, чтобы убедиться, что все находится в хорошем рабочем состоянии.

Помимо ежегодного технического обслуживания, есть несколько простых вещей, которые вы можете сделать, чтобы обеспечить надежную и эффективную работу. Обязательно меняйте или очищайте воздушный фильтр каждые 3 месяца, так как засоренные фильтры уменьшают поток воздуха и снижают эффективность вашей системы. Кроме того, убедитесь, что вентиляционные отверстия и воздушные заслонки в вашем доме не заблокированы мебелью или ковровым покрытием, поскольку недостаточный приток воздуха к вашему устройству или из него может сократить срок службы оборудования и снизить эффективность системы.

Операционные затраты

Экономия энергии за счет установки теплового насоса может помочь снизить ежемесячные счета за электроэнергию. Достижение снижения ваших счетов за электроэнергию во многом зависит от цены на электроэнергию по сравнению с другими видами топлива, такими как природный газ или мазут, а также, в случае модернизации, от того, какой тип системы заменяется.

Тепловые насосы, как правило, стоят дороже по сравнению с другими системами, такими как печи или электрические плинтусы, из-за количества компонентов в системе. В некоторых регионах и случаях эти дополнительные затраты могут быть окупены за относительно короткий период времени за счет экономии затрат на коммунальные услуги. Однако в других регионах разные тарифы на коммунальные услуги могут продлить этот период. Важно работать с вашим подрядчиком или консультантом по энергетике, чтобы получить оценку экономики тепловых насосов в вашем регионе и потенциальной экономии, которую вы можете достичь.

Продолжительность жизни и гарантии

Срок службы воздушных тепловых насосов составляет от 15 до 20 лет. Компрессор является важнейшим компонентом системы.

На большинство тепловых насосов распространяется годовая гарантия на детали и работу, а также дополнительная гарантия сроком от пяти до десяти лет на компрессор (только на детали). Однако гарантии различаются у разных производителей, поэтому проверьте мелкий шрифт.

Примечание:

Некоторые статьи взяты из Интернета. Если есть какие-либо нарушения, пожалуйста, свяжитесь с нами, чтобы удалить их. Если вас интересуют продукты с тепловым насосом, пожалуйста, свяжитесь с компанией, производящей тепловые насосы OSB, мы — ваш лучший выбор.