Vykurovanie a chladenie tepelným čerpadlom – časť 2

Počas vykurovacieho cyklu sa teplo odoberá z vonkajšieho vzduchu a „čerpá“ do interiéru.

• Najprv prechádza kvapalné chladivo cez expanzné zariadenie a mení sa na nízkotlakovú zmes kvapalina/para. Potom ide do vonkajšej cievky, ktorá funguje ako cievka výparníka. Kvapalné chladivo absorbuje teplo z vonkajšieho vzduchu a vrie, čím sa stáva para s nízkou teplotou.
• Táto para prechádza cez reverzný ventil do akumulátora, ktorý zachytáva zvyšnú kvapalinu predtým, ako para vstúpi do kompresora. Para sa potom stlačí, čím sa zníži jej objem a dôjde k jej zahrievaniu.
• Nakoniec reverzný ventil posiela plyn, ktorý je teraz horúci, do vnútornej cievky, ktorou je kondenzátor. Teplo z horúceho plynu sa prenáša do vnútorného vzduchu, čo spôsobuje kondenzáciu chladiva na kvapalinu. Táto kvapalina sa vracia do expanzného zariadenia a cyklus sa opakuje. Vnútorná cievka je umiestnená v potrubí v blízkosti pece.

Schopnosť tepelného čerpadla prenášať teplo z vonkajšieho vzduchu do domu závisí od vonkajšej teploty. S poklesom tejto teploty klesá aj schopnosť tepelného čerpadla absorbovať teplo. Pre mnohé inštalácie vzduchových tepelných čerpadiel to znamená, že existuje teplota (nazývaná bod tepelnej rovnováhy), keď sa vykurovací výkon tepelného čerpadla rovná tepelným stratám domu. Pod touto vonkajšou teplotou môže tepelné čerpadlo dodávať len časť tepla potrebného na udržanie komfortu obytného priestoru a je potrebné dodatočné teplo.

Je dôležité si uvedomiť, že drvivá väčšina vzduchových tepelných čerpadiel má minimálnu prevádzkovú teplotu, pod ktorou nie sú schopné prevádzky. V prípade novších modelov sa to môže pohybovať od -15 °C do -25 °C. Pod touto teplotou sa musí použiť doplnkový systém na zabezpečenie vykurovania budovy.

Chladiaci cyklus

Vyššie popísaný cyklus je obrátený, aby sa dom počas leta ochladil. Jednotka odoberá teplo z vnútorného vzduchu a odvádza ho von.

• Rovnako ako v ohrievacom cykle prechádza kvapalné chladivo cez expanzné zariadenie a mení sa na nízkotlakovú zmes kvapalina/para. Potom ide do vnútornej cievky, ktorá funguje ako výparník. Kvapalné chladivo absorbuje teplo z vnútorného vzduchu a vrie, čím sa stáva para s nízkou teplotou.
• Táto para prechádza cez reverzný ventil do akumulátora, ktorý zachytáva zvyšnú kvapalinu, a potom do kompresora. Para sa potom stlačí, čím sa zníži jej objem a dôjde k jej zahrievaniu.
• Nakoniec plyn, ktorý je teraz horúci, prechádza cez spätný ventil do vonkajšej špirály, ktorá funguje ako kondenzátor. Teplo z horúceho plynu sa prenáša do vonkajšieho vzduchu, čo spôsobuje kondenzáciu chladiva na kvapalinu. Táto kvapalina sa vracia do expanzného zariadenia a cyklus sa opakuje.

Počas chladiaceho cyklu tepelné čerpadlo zároveň odvlhčuje vnútorný vzduch. Vlhkosť vo vzduchu, ktorý prechádza cez vnútornú cievku, kondenzuje na povrchu cievky a zhromažďuje sa v panvici na dne cievky. Odvod kondenzátu spája túto misku s domovým odtokom.

Cyklus rozmrazovania

Ak vonkajšia teplota klesne blízko alebo pod bod mrazu, keď tepelné čerpadlo pracuje v režime vykurovania, vlhkosť zo vzduchu prechádzajúceho cez vonkajšiu špirálu na ňom skondenzuje a zamrzne. Množstvo námrazy závisí od vonkajšej teploty a množstva vlhkosti vo vzduchu.

Táto námraza znižuje účinnosť výmenníka znížením jeho schopnosti prenášať teplo do chladiva. V určitom okamihu je potrebné odstrániť námrazu. Za týmto účelom sa tepelné čerpadlo prepne do režimu odmrazovania. Najbežnejší prístup je:

• Najprv reverzný ventil prepne zariadenie do režimu chladenia. To posiela horúci plyn do vonkajšej cievky, aby roztopil námrazu. Súčasne sa vypne vonkajší ventilátor, ktorý normálne fúka studený vzduch cez špirálu, aby sa znížilo množstvo tepla potrebného na roztopenie námrazy.
• Zatiaľ čo sa to deje, tepelné čerpadlo ochladzuje vzduch v potrubí. Vykurovací systém by za normálnych okolností ohrieval tento vzduch, pretože je distribuovaný po celom dome.

Na určenie, kedy jednotka prejde do režimu odmrazovania, sa používa jedna z dvoch metód:

• Riadiace prvky proti námraze monitorujú prietok vzduchu, tlak chladiva, teplotu vzduchu alebo výmenníka a tlakový rozdiel na vonkajšej výmenníku, aby sa zistilo hromadenie námrazy.
• Časovo-teplotné odmrazovanie sa spúšťa a ukončuje prednastaveným intervalovým časovačom alebo teplotným snímačom umiestneným na vonkajšej špirále. Cyklus je možné spustiť každých 30, 60 alebo 90 minút, v závislosti od klímy a konštrukcie systému.

Zbytočné cykly odmrazovania znižujú sezónny výkon tepelného čerpadla. Výsledkom je, že metóda dopytového mrazu je vo všeobecnosti efektívnejšia, pretože spúšťa cyklus odmrazovania iba vtedy, keď je to potrebné.

Doplnkové zdroje tepla

Keďže vzduchové tepelné čerpadlá majú minimálnu vonkajšiu prevádzkovú teplotu (medzi -15°C až -25°C) a znížený vykurovací výkon pri veľmi nízkych teplotách, je dôležité zvážiť doplnkový zdroj vykurovania pre prevádzku vzduchového tepelného čerpadla. Pri odmrazovaní tepelného čerpadla môže byť potrebné aj doplnkové vykurovanie. K dispozícii sú rôzne možnosti:

• All Electric: V tejto konfigurácii je prevádzka tepelného čerpadla doplnená o elektrické odporové prvky umiestnené v potrubí alebo o elektrické podlahové dosky. Tieto odporové prvky sú menej účinné ako tepelné čerpadlo, ale ich schopnosť zabezpečiť vykurovanie je nezávislá od vonkajšej teploty.
• Hybridný systém: V hybridnom systéme používa vzduchové tepelné čerpadlo doplnkový systém, ako je pec alebo kotol. Túto možnosť možno použiť v nových inštaláciách a je tiež dobrou možnosťou, keď sa tepelné čerpadlo pridáva k existujúcemu systému, napríklad keď je tepelné čerpadlo inštalované ako náhrada za centrálnu klimatizáciu.

Viac informácií o systémoch, ktoré využívajú doplnkové zdroje vykurovania, nájdete v poslednej časti tejto brožúry, Súvisiace zariadenia. Nájdete tu diskusiu o možnostiach, ako naprogramovať váš systém na prechod medzi použitím tepelného čerpadla a použitím doplnkového zdroja tepla.

Úvahy o energetickej účinnosti

Ak chcete podporiť pochopenie tejto časti, pozrite si skoršiu časť s názvom Úvod do účinnosti tepelného čerpadla, kde nájdete vysvetlenie toho, čo predstavujú HSPF a SEER.

V Kanade predpisy o energetickej účinnosti predpisujú minimálnu sezónnu účinnosť vykurovania a chladenia, ktorá sa musí dosiahnuť, aby sa produkt mohol predávať na kanadskom trhu. Okrem týchto nariadení môže mať vaša provincia alebo územie prísnejšie požiadavky.

Minimálny výkon pre Kanadu ako celok a typické rozsahy produktov dostupných na trhu sú zhrnuté nižšie pre vykurovanie a chladenie. Pred výberom systému je tiež dôležité skontrolovať, či sú vo vašom regióne zavedené nejaké ďalšie predpisy.

Chladiaci sezónny výkon, SEER:

• Minimálny SEER (Kanada): 14
• Rozsah, SEER na trhu dostupných produktov: 14 až 42

Sezónny výkon kúrenia, HSPF

• Minimálne HSPF (Kanada): 7,1 (pre región V)
• Rozsah, HSPF v produktoch dostupných na trhu: 7,1 až 13,2 (pre región V)

Poznámka: Faktory HSPF sú uvedené pre klimatickú zónu AHRI V, ktorá má podobnú klímu ako Ottawa. Skutočná sezónna účinnosť sa môže líšiť v závislosti od vášho regiónu. V súčasnosti sa vyvíja nový výkonnostný štandard, ktorého cieľom je lepšie reprezentovať výkonnosť týchto systémov v kanadských regiónoch.

Skutočné hodnoty SEER alebo HSPF závisia od rôznych faktorov, ktoré sa primárne týkajú konštrukcie tepelného čerpadla. Súčasný výkon sa za posledných 15 rokov výrazne zlepšil vďaka novému vývoju v technológii kompresorov, konštrukcii výmenníka tepla a zlepšenému prietoku a regulácii chladiva.

Jednorýchlostné a variabilné tepelné čerpadlá

Pri zvažovaní účinnosti je mimoriadne dôležitá úloha nových konštrukcií kompresorov pri zlepšovaní sezónneho výkonu. Typicky sú jednotky pracujúce pri minimálnom predpísanom rozsahu SEER a HSPF charakterizované jednorýchlostnými tepelnými čerpadlami. Teraz sú k dispozícii vzduchové tepelné čerpadlá s premenlivou rýchlosťou, ktoré sú navrhnuté tak, aby menili kapacitu systému tak, aby lepšie zodpovedali požiadavkám domu na vykurovanie/chladenie v danom momente. To pomáha udržiavať špičkovú účinnosť vždy, vrátane miernejších podmienok, keď je na systém nižší dopyt.

Nedávno boli na trh uvedené vzduchové tepelné čerpadlá, ktoré sú lepšie prispôsobené prevádzke v chladnom kanadskom podnebí. Tieto systémy, často nazývané tepelné čerpadlá so studenou klímou, kombinujú kompresory s premenlivou kapacitou s vylepšenými konštrukciami výmenníkov tepla a ovládacími prvkami na maximalizáciu vykurovacej kapacity pri nižších teplotách vzduchu, pričom si zachovávajú vysokú účinnosť aj v miernejších podmienkach. Tieto typy systémov majú zvyčajne vyššie hodnoty SEER a HSPF, pričom niektoré systémy dosahujú SEER až 42 a HSPF sa blížia k 13.

Certifikácia, štandardy a hodnotiace stupnice

Kanadská asociácia pre normy (CSA) v súčasnosti overuje elektrickú bezpečnosť všetkých tepelných čerpadiel. Výkonová norma špecifikuje testy a testovacie podmienky, pri ktorých sa určuje vykurovacia a chladiaca kapacita a účinnosť tepelného čerpadla. Výkonnostné testovacie štandardy pre vzduchové tepelné čerpadlá sú CSA C656, ktoré (od roku 2014) boli harmonizované s ANSI/AHRI 210/240-2008, Výkonnostné hodnotenie jednotkových zariadení pre klimatizáciu a vzduchové tepelné čerpadlá. Nahrádza tiež CAN/CSA-C273.3-M91, výkonnostný štandard pre centrálne klimatizácie a tepelné čerpadlá s deleným systémom.

Úvahy o veľkosti

Aby ste správne dimenzovali váš systém tepelného čerpadla, je dôležité pochopiť potreby vykurovania a chladenia vášho domu. Na vykonanie požadovaných výpočtov sa odporúča využiť odborníka na vykurovanie a chladenie. Zaťaženie vykurovaním a chladením by sa malo určiť pomocou uznávanej metódy dimenzovania, ako je CSA F280-12, „Určenie požadovanej kapacity zariadení na vykurovanie a chladenie obytných priestorov“.

Dimenzovanie vášho systému tepelného čerpadla by sa malo vykonať podľa vašej klímy, zaťaženia budovy vykurovaním a chladením a cieľov vašej inštalácie (napr. maximalizácia úspor energie na vykurovanie v porovnaní s premiestnením existujúceho systému počas určitých období roka). Na pomoc s týmto procesom spoločnosť NRCan vyvinula príručku dimenzovania a výberu tepelného čerpadla vzduchového zdroja. Táto príručka spolu so sprievodným softvérovým nástrojom je určená pre energetických poradcov a strojných konštruktérov a je voľne dostupná, aby poskytla návod na vhodné dimenzovanie.

Ak je tepelné čerpadlo poddimenzované, zistíte, že doplnkový vykurovací systém sa bude používať častejšie. Zatiaľ čo poddimenzovaný systém bude stále fungovať efektívne, možno nedosiahnete očakávanú úsporu energie kvôli vysokému použitiu doplnkového vykurovacieho systému.

Rovnako tak v prípade predimenzovania tepelného čerpadla sa nemusí dosiahnuť požadovaná úspora energie z dôvodu neefektívnej prevádzky v miernejších podmienkach. Zatiaľ čo doplnkový vykurovací systém pracuje menej často, v teplejších okolitých podmienkach produkuje tepelné čerpadlo príliš veľa tepla a jednotka sa zapína a vypína, čo vedie k nepohodliu, opotrebovaniu tepelného čerpadla a pohotovostnému odberu elektrickej energie. Je preto dôležité dobre porozumieť svojej vykurovacej záťaži a prevádzkovým charakteristikám tepelného čerpadla, aby ste dosiahli optimálnu úsporu energie.

Iné výberové kritériá

Okrem veľkosti je potrebné zvážiť niekoľko ďalších faktorov výkonu:

• HSPF: Vyberte jednotku s tak vysokým HSPF, ako je praktické. Pri jednotkách s porovnateľnými hodnotami HSPF skontrolujte ich hodnoty v ustálenom stave pri –8,3 °C, čo je hodnota nízkej teploty. Jednotka s vyššou hodnotou bude najefektívnejšia vo väčšine regiónov Kanady.
• Rozmrazovanie: Vyberte jednotku s riadením odmrazovania podľa potreby. Tým sa minimalizujú cykly odmrazovania, čo znižuje spotrebu doplnkovej energie a energie tepelného čerpadla.
• Hodnotenie zvuku: Zvuk sa meria v jednotkách nazývaných decibely (dB). Čím nižšia je hodnota, tým nižší je akustický výkon vyžarovaný vonkajšou jednotkou. Čím vyššia je úroveň decibelov, tým je hluk silnejší. Väčšina tepelných čerpadiel má hlučnosť 76 dB alebo nižšiu.

Úvahy o inštalácii

Vzduchové tepelné čerpadlá by mal inštalovať kvalifikovaný dodávateľ. Poraďte sa s miestnym odborníkom na vykurovanie a chladenie ohľadom veľkosti, inštalácie a údržby vášho zariadenia, aby ste zaistili efektívnu a spoľahlivú prevádzku. Ak hľadáte implementáciu tepelného čerpadla, ktoré by nahradilo alebo doplnilo vašu centrálnu pec, mali by ste si uvedomiť, že tepelné čerpadlá vo všeobecnosti pracujú pri vyšších prietokoch vzduchu ako systémy pecí. V závislosti od veľkosti vášho nového tepelného čerpadla môžu byť potrebné nejaké úpravy na vašom potrubí, aby sa predišlo zvýšenému hluku a spotrebe energie ventilátora. Váš dodávateľ vám bude môcť poskytnúť pokyny pre váš konkrétny prípad.

Náklady na inštaláciu vzduchového tepelného čerpadla závisia od typu systému, vašich konštrukčných cieľov a akéhokoľvek existujúceho vykurovacieho zariadenia a potrubia vo vašej domácnosti. V niektorých prípadoch môžu byť na podporu vašej novej inštalácie tepelného čerpadla potrebné dodatočné úpravy potrubia alebo elektrických služieb.

Úvahy o prevádzke

Pri prevádzke tepelného čerpadla by ste si mali uvedomiť niekoľko dôležitých vecí:

• Optimalizujte nastavené hodnoty tepelného čerpadla a doplnkového systému. Ak máte elektrický doplnkový systém (napr. soklové lišty alebo odporové prvky v potrubí), uistite sa, že používate nižšiu nastavenú hodnotu teploty pre váš doplnkový systém. Pomôže to maximalizovať množstvo tepla, ktoré tepelné čerpadlo poskytuje vášmu domu, čím sa zníži vaša spotreba energie a účty za energie. Odporúča sa nastavená hodnota 2 °C až 3 °C pod nastavenou hodnotou teploty vykurovania tepelného čerpadla. O optimálnom nastavení pre váš systém sa poraďte s inštalačným dodávateľom.
• Nastavte si efektívne rozmrazovanie. Spotrebu energie môžete znížiť tak, že svoj systém nastavíte tak, aby počas cyklov odmrazovania vypínal vnútorný ventilátor. Toto môže vykonať váš inštalatér. Je však dôležité poznamenať, že rozmrazovanie môže pri tomto nastavení trvať trochu dlhšie.
• Minimalizujte poklesy teploty. Tepelné čerpadlá majú pomalšiu odozvu ako systémy pecí, takže ťažšie reagujú na hlboké poklesy teploty. Mali by sa použiť mierne znížené teploty nie väčšie ako 2 °C alebo by sa mal použiť „inteligentný“ termostat, ktorý zapne systém včas, v očakávaní zotavenia sa z útlmu. Opäť sa poraďte so svojím inštalatérom o optimálnej teplote poklesu pre váš systém.
• Optimalizujte smer prúdenia vzduchu. Ak máte vnútornú jednotku namontovanú na stene, zvážte nastavenie smeru prúdenia vzduchu, aby ste maximalizovali svoje pohodlie. Väčšina výrobcov odporúča smerovať prúdenie vzduchu pri kúrení smerom nadol a pri chladení smerom k obyvateľom.
• Optimalizujte nastavenia ventilátora. Nezabudnite tiež upraviť nastavenia ventilátora, aby ste maximalizovali pohodlie. Ak chcete maximalizovať teplo dodávané tepelným čerpadlom, odporúča sa nastaviť rýchlosť ventilátora na vysokú alebo „Automaticky“. Pri chladení, aby sa zlepšilo aj odvlhčovanie, sa odporúča „nízka“ rýchlosť ventilátora.

Úvahy o údržbe

Správna údržba je rozhodujúca pre zabezpečenie efektívnej, spoľahlivosti a dlhej životnosti tepelného čerpadla. Každoročnú údržbu vašej jednotky by ste mali nechať vykonať u kvalifikovaného dodávateľa, aby sa zaistilo, že je všetko v dobrom funkčnom stave.

Okrem ročnej údržby existuje niekoľko jednoduchých vecí, ktoré môžete urobiť na zabezpečenie spoľahlivej a efektívnej prevádzky. Nezabudnite vymeniť alebo vyčistiť vzduchový filter každé 3 mesiace, pretože zanesené filtre znížia prietok vzduchu a znížia účinnosť vášho systému. Tiež sa uistite, že vetracie otvory a vzduchové registre vo vašej domácnosti nie sú blokované nábytkom alebo kobercom, pretože nedostatočné prúdenie vzduchu do alebo z vašej jednotky môže skrátiť životnosť zariadenia a znížiť účinnosť systému.

Prevádzkové náklady

Úspora energie pri inštalácii tepelného čerpadla môže pomôcť znížiť vaše mesačné účty za energiu. Dosiahnutie zníženia vašich účtov za energiu vo veľkej miere závisí od ceny elektriny vo vzťahu k iným palivám, ako je zemný plyn alebo vykurovací olej, a v aplikáciách retrofitu od toho, aký typ systému sa nahrádza.

Tepelné čerpadlá sú vo všeobecnosti drahšie v porovnaní s inými systémami, ako sú pece alebo elektrické podlahové dosky, kvôli počtu komponentov v systéme. V niektorých regiónoch a prípadoch sa tieto dodatočné náklady môžu vrátiť v relatívne krátkom časovom období prostredníctvom úspory nákladov na energie. V iných regiónoch však môžu rôzne sadzby za služby predĺžiť toto obdobie. Je dôležité, aby ste v spolupráci s dodávateľom alebo energetickým poradcom získali odhad ekonomiky tepelných čerpadiel vo vašej oblasti a potenciálnych úspor, ktoré môžete dosiahnuť.

Životnosť a záruky

Vzduchové tepelné čerpadlá majú životnosť 15 až 20 rokov. Kompresor je kritickou súčasťou systému.

Na väčšinu tepelných čerpadiel sa vzťahuje jednoročná záruka na diely a prácu a dodatočná päť až desaťročná záruka na kompresor (len na diely). Záruky sa však medzi jednotlivými výrobcami líšia, preto skontrolujte drobné písmo.

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.