Úvod
Ak skúmate možnosti vykurovania a chladenia vášho domova alebo zníženia účtov za energiu, možno budete chcieť pouvažovať nad systémom tepelného čerpadla. Tepelné čerpadlá sú osvedčenou a spoľahlivou technológiou v Kanade, ktorá je schopná zabezpečiť celoročné komfortné ovládanie vášho domu tým, že v zime dodáva teplo, v lete chladí a v niektorých prípadoch ohrieva teplú vodu pre váš dom.
Tepelné čerpadlá môžu byť vynikajúcou voľbou v rôznych aplikáciách, a to ako pre nové domy, tak aj pre modernizáciu existujúcich vykurovacích a chladiacich systémov. Sú tiež možnosťou pri výmene existujúcich klimatizačných systémov, pretože prírastkové náklady na prechod zo systému len s chladením na tepelné čerpadlo sú často dosť nízke. Vzhľadom na množstvo rôznych typov systémov a možností môže byť často ťažké určiť, či je tepelné čerpadlo tou správnou voľbou pre váš domov.
Ak uvažujete o tepelnom čerpadle, pravdepodobne máte niekoľko otázok, vrátane:
- Aké typy tepelných čerpadiel sú k dispozícii?
- Koľko z mojich ročných potrieb na vykurovanie a chladenie dokáže zabezpečiť tepelné čerpadlo?
- Akú veľkosť tepelného čerpadla potrebujem pre svoj dom a aplikáciu?
- Koľko stoja tepelné čerpadlá v porovnaní s inými systémami a koľko by som mohol ušetriť na účte za energiu?
- Budem musieť vykonať dodatočné úpravy v mojom dome?
- Koľko servisu si systém vyžiada?
Táto brožúra poskytuje dôležité fakty o tepelných čerpadlách, ktoré vám pomôžu získať viac informácií a pomôžu vám urobiť správnu voľbu pre váš domov. Pomocou týchto otázok ako sprievodcu popisuje táto príručka najbežnejšie typy tepelných čerpadiel a pojednáva o faktoroch spojených s výberom, inštaláciou, prevádzkou a údržbou tepelného čerpadla.
Určené publikum
Táto brožúra je určená pre majiteľov domov, ktorí hľadajú základné informácie o technológiách tepelných čerpadiel s cieľom podporiť informované rozhodovanie o výbere a integrácii systému, prevádzke a údržbe. Tu uvedené informácie sú všeobecné a konkrétne podrobnosti sa môžu líšiť v závislosti od vašej inštalácie a typu systému. Táto brožúra by nemala nahrádzať prácu s dodávateľom alebo energetickým poradcom, ktorý zabezpečí, aby vaša inštalácia spĺňala vaše potreby a požadované ciele.
Poznámka o hospodárení s energiou v domácnosti
Tepelné čerpadlá sú veľmi efektívne vykurovacie a chladiace systémy a môžu výrazne znížiť vaše náklady na energiu. Keď uvažujeme o domácnosti ako o systéme, odporúča sa minimalizovať tepelné straty z vášho domova z oblastí, ako sú úniky vzduchu (cez trhliny, diery), zle izolované steny, stropy, okná a dvere.
Riešenie týchto problémov vám môže umožniť použiť menšiu veľkosť tepelného čerpadla, čím sa znížia náklady na zariadenie tepelného čerpadla a váš systém bude fungovať efektívnejšie.
Množstvo publikácií vysvetľujúcich, ako to urobiť, je dostupných od Natural Resources Canada.
Čo je tepelné čerpadlo a ako funguje?
Tepelné čerpadlá sú osvedčenou technológiou, ktorá sa už desaťročia používa v Kanade aj na celom svete na efektívne zabezpečenie vykurovania, chladenia a v niektorých prípadoch aj teplej vody v budovách. V skutočnosti je pravdepodobné, že s technológiou tepelného čerpadla komunikujete každý deň: chladničky a klimatizácie fungujú na rovnakých princípoch a technológii. Táto časť predstavuje základy fungovania tepelného čerpadla a predstavuje rôzne typy systémov.
Základné pojmy tepelného čerpadla
Tepelné čerpadlo je elektricky poháňané zariadenie, ktoré odoberá teplo z miesta s nízkou teplotou (zdroja) a dodáva ho do miesta s vyššou teplotou (umývadlo).
Aby ste pochopili tento proces, zamyslite sa nad jazdou na bicykli cez kopec: Na prechod z vrcholu kopca nadol nie je potrebné žiadne úsilie, pretože bicykel a jazdec sa budú prirodzene pohybovať z vysokého miesta na nižšie. Výstup do kopca si však vyžaduje oveľa viac práce, keďže bicykel sa pohybuje proti prirodzenému smeru pohybu.
Podobne teplo prirodzene prúdi z miest s vyššou teplotou do miest s nižšou teplotou (napr. v zime sa teplo z vnútra budovy stráca von). Tepelné čerpadlo využíva dodatočnú elektrickú energiu na boj proti prirodzenému toku tepla a prečerpáva energiu dostupnú v chladnejšom mieste do teplejšieho.
Ako teda tepelné čerpadlo vykuruje alebo chladí váš domov? Keď sa energia odoberá zo zdroja, teplota zdroja sa znižuje. Ak sa ako zdroj použije dom, tepelná energia sa odoberie, čím sa tento priestor ochladí. Takto funguje tepelné čerpadlo v režime chladenia a je to rovnaký princíp, aký používajú klimatizácie a chladničky. Podobne, keď sa do drezu pridáva energia, jeho teplota sa zvyšuje. Ak sa dom používa ako umývadlo, pridá sa tepelná energia, ktorá vyhrieva priestor. Tepelné čerpadlo je plne reverzibilné, čo znamená, že dokáže vykurovať aj chladiť váš domov a poskytuje celoročný komfort.
Zdroje a drezy pre tepelné čerpadlá
Výber zdroja a drezu pre váš systém tepelného čerpadla predstavuje dlhú cestu pri určovaní výkonu, kapitálových nákladov a prevádzkových nákladov vášho systému. Táto časť poskytuje stručný prehľad bežných zdrojov a drezov pre rezidenčné aplikácie v Kanade.
Zdroje: Na vykurovanie domácností tepelnými čerpadlami sa v Kanade najčastejšie používajú dva zdroje tepelnej energie:
- Air-Source: Tepelné čerpadlo čerpá teplo z vonkajšieho vzduchu počas vykurovacej sezóny a odoberá teplo von počas letnej chladiacej sezóny.
- Môže byť prekvapujúce vedieť, že aj keď sú vonkajšie teploty nízke, stále je k dispozícii veľké množstvo energie, ktorú možno odobrať a dodať do budovy. Napríklad tepelný obsah vzduchu pri -18 °C sa rovná 85 % tepla obsiahnutého pri 21 °C. To umožňuje tepelnému čerpadlu zabezpečiť dostatočné množstvo vykurovania aj počas chladnejšieho počasia.
- Systémy so zdrojom vzduchu sú najbežnejšie na kanadskom trhu s viac ako 700 000 inštalovanými jednotkami v celej Kanade.
- Tento typ systému je podrobnejšie popísaný v časti Vzduchové tepelné čerpadlá.
- Zem-zdroj: Tepelné čerpadlo zem-zdroj využíva zem, spodnú vodu alebo oboje ako zdroj tepla v zime a ako zásobník na odvádzanie tepla odvádzaného z domu v lete.
- Tieto tepelné čerpadlá sú menej bežné ako jednotky so zdrojom vzduchu, ale vo všetkých provinciách Kanady sa čoraz častejšie používajú. Ich primárnou výhodou je, že nepodliehajú extrémnym teplotným výkyvom, využívajú zem ako zdroj konštantnej teploty, výsledkom čoho je energeticky najefektívnejší typ systému tepelného čerpadla.
- Tento typ systému je podrobnejšie diskutovaný v časti Tepelné čerpadlá zemný zdroj.
Výlevky: Dve výlevky na tepelnú energiu sa v Kanade najčastejšie používajú na vykurovanie domácností tepelnými čerpadlami:
- Vnútorný vzduch ohrieva tepelné čerpadlo. Dá sa to urobiť takto: Voda vo vnútri budovy sa ohrieva. Táto voda sa potom môže použiť na obsluhu terminálových systémov, ako sú radiátory, sálavá podlaha alebo fancoilové jednotky prostredníctvom hydronického systému.
- Centrálne potrubný systém resp
- Bezpotrubná vnútorná jednotka, ako je napríklad nástenná jednotka.
Úvod do účinnosti tepelného čerpadla
Pece a kotly zabezpečujú vykurovanie priestorov pridávaním tepla do vzduchu spaľovaním paliva, ako je zemný plyn alebo vykurovací olej. Aj keď sa účinnosť neustále zlepšuje, stále zostáva pod 100 %, čo znamená, že nie všetka dostupná energia zo spaľovania sa využíva na ohrev vzduchu.
Tepelné čerpadlá fungujú na inom princípe. Elektrický vstup do tepelného čerpadla sa využíva na prenos tepelnej energie medzi dvoma miestami. To umožňuje tepelnému čerpadlu pracovať efektívnejšie, s typickou účinnosťou ďaleko presahujúcou
100 %, teda vyrobí sa viac tepelnej energie, ako je množstvo elektrickej energie spotrebovanej na jej prečerpanie.
Je dôležité si uvedomiť, že účinnosť tepelného čerpadla vo veľkej miere závisí od teplôt zdroja a drezu. Rovnako ako strmší kopec si vyžaduje viac úsilia pri stúpaní na bicykli, väčšie teplotné rozdiely medzi zdrojom a drezom tepelného čerpadla vyžadujú, aby pracovalo tvrdšie a môžu znížiť účinnosť. Určenie správnej veľkosti tepelného čerpadla na maximalizáciu sezónnej účinnosti je rozhodujúce. Tieto aspekty sú podrobnejšie diskutované v častiach Tepelné čerpadlá so vzduchovým zdrojom a Tepelné čerpadlá so zemným zdrojom.
Terminológia efektívnosti
V katalógoch výrobcov sa používajú rôzne metriky efektívnosti, čo môže spôsobiť, že pochopenie výkonu systému je pre prvého kupujúceho trochu mätúce. Nižšie je uvedený rozpis niektorých bežne používaných výrazov účinnosti:
Metriky v ustálenom stave: Tieto merania opisujú účinnosť tepelného čerpadla v „ustálenom stave“, tj bez skutočných výkyvov sezóny a teploty. Ako také sa ich hodnota môže výrazne meniť podľa toho, ako sa menia teploty zdroja a výlevky a ďalšie prevádzkové parametre. Medzi metriky ustáleného stavu patria:
Koeficient výkonu (COP): COP je pomer medzi rýchlosťou, ktorou tepelné čerpadlo prenáša tepelnú energiu (v kW), a množstvom elektrickej energie potrebnej na čerpanie (v kW). Napríklad, ak tepelné čerpadlo spotrebuje 1 kW elektrickej energie na prenos 3 kW tepla, COP by bolo 3.
Pomer energetickej účinnosti (EER): EER je podobný COP a popisuje účinnosť chladenia tepelného čerpadla v ustálenom stave. Určuje sa vydelením chladiaceho výkonu tepelného čerpadla v Btu/h príkonom elektrickej energie vo wattoch (W) pri určitej teplote. EER je striktne spojená s popisom účinnosti chladenia v ustálenom stave, na rozdiel od COP, ktorý možno použiť na vyjadrenie účinnosti tepelného čerpadla pri vykurovaní aj chladení.
Metriky sezónneho výkonu: Tieto opatrenia sú navrhnuté tak, aby poskytli lepší odhad výkonu počas vykurovacej alebo chladiacej sezóny, a to zahrnutím „skutočných“ zmien teplôt počas sezóny.
Sezónne metriky zahŕňajú:
- Heating Seasonal Performance Factor (HSPF): HSPF je pomer množstva energie, ktorú tepelné čerpadlo dodá do budovy počas celej vykurovacej sezóny (v Btu), k celkovej energii (vo watthodinách), ktorú spotrebuje za rovnaké obdobie.
Charakteristiky údajov o počasí dlhodobých klimatických podmienok sa používajú na vyjadrenie vykurovacej sezóny pri výpočte HSPF. Tento výpočet je však zvyčajne obmedzený na jeden región a nemusí plne reprezentovať výkonnosť v celej Kanade. Niektorí výrobcovia môžu na požiadanie poskytnúť HSPF pre inú klimatickú oblasť; HSPF sa však zvyčajne uvádzajú pre región 4, ktorý predstavuje podnebie podobné stredozápadu USA. Región 5 by pokrýval väčšinu južnej polovice provincií v Kanade, od vnútrozemia BC cez New BrunswickFootnote1.
- Sezónny koeficient energetickej účinnosti (SEER): SEER meria účinnosť chladenia tepelného čerpadla počas celej chladiacej sezóny. Určuje sa vydelením celkového chladenia poskytnutého počas chladiacej sezóny (v Btu) celkovou energiou spotrebovanou tepelným čerpadlom počas tohto času (vo watthodinách). SEER je založený na klíme s priemernou letnou teplotou 28°C.
Dôležitá terminológia pre systémy tepelných čerpadiel
Tu je niekoľko bežných pojmov, s ktorými sa môžete stretnúť pri skúmaní tepelných čerpadiel.
Komponenty systému tepelného čerpadla
Chladivo je kvapalina, ktorá cirkuluje cez tepelné čerpadlo a striedavo absorbuje, prenáša a uvoľňuje teplo. V závislosti od umiestnenia môže byť kvapalina kvapalná, plynná alebo zmes plynu a pár
Reverzný ventil riadi smer prúdenia chladiva v tepelnom čerpadle a mení tepelné čerpadlo z režimu vykurovania na režim chladenia alebo naopak.
Cievka je slučka alebo slučky potrubia, kde dochádza k prenosu tepla medzi zdrojom/výlevkou a chladivom. Rúrka môže mať rebrá na zväčšenie povrchovej plochy dostupnej na výmenu tepla.
Výparník je špirála, v ktorej chladivo absorbuje teplo zo svojho okolia a vrie, aby sa z neho stala para s nízkou teplotou. Keď chladivo prechádza z reverzného ventilu do kompresora, akumulátor zhromažďuje prebytočnú kvapalinu, ktorá sa nevyparila na plyn. Nie všetky tepelné čerpadlá však majú akumulátor.
Kompresor stláča molekuly chladiaceho plynu dohromady, čím zvyšuje teplotu chladiva. Toto zariadenie pomáha prenášať tepelnú energiu medzi zdrojom a drezom.
Kondenzátor je špirála, v ktorej chladivo odovzdáva teplo svojmu okoliu a stáva sa kvapalinou.
Expanzné zariadenie znižuje tlak vytvorený kompresorom. To spôsobí pokles teploty a chladivo sa stane zmesou para/kvapalina s nízkou teplotou.
Vonkajšia jednotka je miesto, kde sa teplo prenáša do/z vonkajšieho vzduchu v tepelnom čerpadle typu vzduch. Táto jednotka vo všeobecnosti obsahuje špirálu výmenníka tepla, kompresor a expanzný ventil. Vyzerá a funguje rovnako ako vonkajšia časť klimatizácie.
Vnútorná špirála je miesto, kde sa teplo prenáša do/z vnútorného vzduchu v určitých typoch vzduchových tepelných čerpadiel. Vo všeobecnosti vnútorná jednotka obsahuje špirálu výmenníka tepla a môže obsahovať aj prídavný ventilátor na cirkuláciu ohriateho alebo ochladeného vzduchu do obývaného priestoru.
Pretlaková komora, ktorú je možné vidieť len v potrubných inštaláciách, je súčasťou rozvodnej siete vzduchu. Plénum je vzduchový priestor, ktorý tvorí súčasť systému na distribúciu ohriateho alebo ochladeného vzduchu v dome. Vo všeobecnosti je to veľká priehradka bezprostredne nad alebo okolo výmenníka tepla.
Iné podmienky
Jednotky merania kapacity alebo spotreby energie:
- Btu/h alebo britská tepelná jednotka za hodinu je jednotka používaná na meranie tepelného výkonu vykurovacieho systému. Jeden Btu je množstvo tepelnej energie, ktorú vydáva typická narodeninová sviečka. Ak by sa táto tepelná energia uvoľnila v priebehu jednej hodiny, bol by to ekvivalent jedného Btu/h.
- kW alebo kilowatt sa rovná 1 000 wattom. To je množstvo energie, ktoré potrebuje desať 100-wattových žiaroviek.
- Tona je miera výkonu tepelného čerpadla. Je to ekvivalent 3,5 kW alebo 12 000 Btu/h.
Vzduchové tepelné čerpadlá
Vzduchové tepelné čerpadlá využívajú vonkajší vzduch ako zdroj tepelnej energie v režime vykurovania a ako zásobník na odvádzanie energie v režime chladenia. Tieto typy systémov možno vo všeobecnosti rozdeliť do dvoch kategórií:
Tepelné čerpadlá vzduch-vzduch. Tieto jednotky ohrievajú alebo ochladzujú vzduch vo vašom dome a predstavujú prevažnú väčšinu integrácií vzduchových tepelných čerpadiel v Kanade. Ďalej ich možno klasifikovať podľa typu inštalácie:
- Kanálové: Vnútorná špirála tepelného čerpadla je umiestnená v potrubí. Vzduch sa ohrieva alebo ochladzuje prechodom cez cievku a potom sa distribuuje potrubím na rôzne miesta v domácnosti.
- Bez potrubia: Vnútorná špirála tepelného čerpadla je umiestnená vo vnútornej jednotke. Tieto vnútorné jednotky sú vo všeobecnosti umiestnené na podlahe alebo stene obývaného priestoru a priamo ohrievajú alebo ochladzujú vzduch v tomto priestore. Medzi týmito jednotkami môžete vidieť výrazy mini- a multi-split:
- Mini-Split: Jedna vnútorná jednotka je umiestnená vo vnútri domu a obsluhuje ju jedna vonkajšia jednotka.
- Multi-Split: V domácnosti je umiestnených viacero vnútorných jednotiek, ktoré obsluhuje jedna vonkajšia jednotka.
Systémy vzduch-vzduch sú efektívnejšie, keď je teplotný rozdiel medzi interiérom a exteriérom menší. Z tohto dôvodu sa tepelné čerpadlá vzduch-vzduch vo všeobecnosti snažia optimalizovať svoju účinnosť poskytovaním väčšieho objemu teplého vzduchu a ohrievaním tohto vzduchu na nižšiu teplotu (zvyčajne medzi 25 a 45 °C). To je v kontraste so systémami pecí, ktoré dodávajú menší objem vzduchu, ale tento vzduch ohrievajú na vyššie teploty (medzi 55 °C a 60 °C). Ak prechádzate na tepelné čerpadlo z pece, môžete si to všimnúť, keď začnete používať svoje nové tepelné čerpadlo.
Tepelné čerpadlá vzduch-voda: V Kanade menej bežné tepelné čerpadlá vzduch-voda ohrievajú alebo chladia vodu a používajú sa v domácnostiach s hydronickými (vodnými) rozvodmi, ako sú nízkoteplotné radiátory, sálavé podlahy alebo fan coilové jednotky. V režime vykurovania poskytuje tepelné čerpadlo tepelnú energiu hydronickému systému. Tento proces je v režime chladenia obrátený a tepelná energia je extrahovaná z hydronického systému a odvádzaná do vonkajšieho vzduchu.
Prevádzkové teploty v hydronickom systéme sú kritické pri hodnotení tepelných čerpadiel vzduch-voda. Tepelné čerpadlá vzduch-voda fungujú efektívnejšie pri ohreve vody na nižšie teploty, teda pod 45 až 50 °C, a preto sa lepšie hodia do sálavých podláh alebo fancoilových systémov. Pri zvažovaní ich použitia s vysokoteplotnými radiátormi, ktoré vyžadujú teplotu vody nad 60 °C, je potrebné dávať pozor, pretože tieto teploty vo všeobecnosti prekračujú limity väčšiny bytových tepelných čerpadiel.
Hlavné výhody vzduchových tepelných čerpadiel
Inštalácia vzduchového tepelného čerpadla vám môže ponúknuť množstvo výhod. Táto časť sa zaoberá tým, ako môžu vzduchové tepelné čerpadlá využiť energetickú stopu vašej domácnosti.
Efektívnosť
Hlavnou výhodou použitia vzduchového tepelného čerpadla je vysoká účinnosť, ktorú môže poskytnúť pri vykurovaní v porovnaní s typickými systémami, ako sú pece, kotly a elektrické podlahové dosky. Pri 8 °C sa koeficient výkonu (COP) vzduchových tepelných čerpadiel zvyčajne pohybuje v rozmedzí od 2,0 do 5,4. To znamená, že pri jednotkách s COP 5 sa na každú kWh elektriny dodanej do tepelného čerpadla odovzdá 5 kilowatthodín (kWh) tepla. Keď teplota vonkajšieho vzduchu klesá, COP sú nižšie, pretože tepelné čerpadlo musí pracovať pri väčšom teplotnom rozdiele medzi vnútorným a vonkajším priestorom. Pri teplote –8 °C sa COP môže pohybovať od 1,1 do 3,7.
Na sezónnom základe sa vykurovací sezónny faktor výkonu (HSPF) jednotiek dostupných na trhu môže meniť od 7,1 do 13,2 (región V). Je dôležité poznamenať, že tieto odhady HSPF sú pre oblasť s podnebím podobným Ottawe. Skutočné úspory vo veľkej miere závisia od miesta inštalácie vášho tepelného čerpadla.
Úspora energie
Vyššia účinnosť tepelného čerpadla sa môže premietnuť do výrazného zníženia spotreby energie. Skutočné úspory vo vašom dome budú závisieť od mnohých faktorov, vrátane vašej miestnej klímy, účinnosti vášho súčasného systému, veľkosti a typu tepelného čerpadla a stratégie riadenia. K dispozícii je množstvo online kalkulačiek, ktoré poskytujú rýchly odhad toho, koľko úspor energie môžete očakávať pre vašu konkrétnu aplikáciu. Nástroj ASHP-Eval od NRCan je voľne dostupný a môžu ho použiť inštalatéri a strojní dizajnéri, aby vám pomohli poradiť vo vašej situácii.
Ako funguje vzduchové tepelné čerpadlo?
Prepis
Vzduchové tepelné čerpadlo má tri cykly:
- Vykurovací cyklus: Dodávanie tepelnej energie do budovy
- Chladiaci cyklus: Odstránenie tepelnej energie z budovy
- Cyklus rozmrazovania: Odstránenie námrazy
- nánosy na vonkajších cievkach
Vykurovací cyklus
Poznámka:
Niektoré články sú prevzaté z internetu. Ak dôjde k porušeniu, kontaktujte nás, aby sme ho odstránili. Ak máte záujem o produkty tepelných čerpadiel, neváhajte kontaktovať spoločnosť s tepelnými čerpadlami OSB, sme vaša najlepšia voľba.
Čas uverejnenia: 1. novembra 2022