Küte ja jahutamine soojuspumbaga – 1. osa

Sissejuhatus

Kui uurite võimalusi oma kodu kütmiseks ja jahutamiseks või energiaarvete vähendamiseks, võiksite kaaluda soojuspumbasüsteemi. Soojuspumbad on Kanadas tõestatud ja töökindel tehnoloogia, mis on võimeline tagama teie kodu aastaringse mugavuse, pakkudes talvel soojust, suvel jahutades ja mõnel juhul soojendades teie kodu sooja vett.

Soojuspumbad võivad olla suurepärane valik mitmesuguste rakenduste jaoks ja nii uute kodude kui ka olemasolevate kütte- ja jahutussüsteemide moderniseerimiseks. Need on valikuvõimaluseks ka olemasolevate kliimaseadmete väljavahetamisel, kuna ainult jahutussüsteemilt soojuspumbale ülemineku lisakulud on sageli üsna väikesed. Arvestades erinevate süsteemitüüpide ja võimaluste rohkust, võib sageli olla raske kindlaks teha, kas soojuspump on teie kodu jaoks õige valik.

Kui kaalute soojuspumpa, on teil tõenäoliselt mitmeid küsimusi, sealhulgas:

• Mis tüüpi soojuspumbad on saadaval?
• Kui suure osa minu aastasest kütte- ja jahutusvajadusest suudab soojuspump katta?
• Millise suurusega soojuspumpa ma oma koju ja rakendusse vajan?
• Kui palju maksavad soojuspumbad võrreldes teiste süsteemidega ja kui palju saaksin säästa oma energiaarvelt?
• Kas ma pean oma kodus täiendavaid muudatusi tegema?
• Kui palju hooldust süsteem vajab?

See brošüür sisaldab olulisi fakte soojuspumpade kohta, mis aitavad teil olla rohkem informeeritud ja aitavad teil teha oma kodu jaoks õiget valikut. Kasutades neid küsimusi juhendina, kirjeldatakse selles brošüüris levinumaid soojuspumpade tüüpe ning käsitletakse soojuspumba valimise, paigaldamise, kasutamise ja hooldamisega seotud tegureid.

Mõeldud publik

See brošüür on mõeldud majaomanikele, kes otsivad taustteavet soojuspumba tehnoloogiate kohta, et toetada teadlike otsuste langetamist süsteemide valiku ja integreerimise, kasutamise ja hoolduse kohta. Siin esitatud teave on üldine ja konkreetsed üksikasjad võivad olenevalt teie installist ja süsteemi tüübist erineda. See brošüür ei tohiks asendada töötamist töövõtja või energianõustajaga, kes tagab, et teie paigaldus vastab teie vajadustele ja soovitud eesmärkidele.

Märkus energiahalduse kohta kodus

Soojuspumbad on väga tõhusad kütte- ja jahutussüsteemid ning võivad oluliselt vähendada teie energiakulusid. Mõeldes kodust kui süsteemist, on soovitatav minimeerida oma kodu soojuskaod sellistest kohtadest nagu õhulekked (läbi pragude, aukude), halvasti soojustatud seinad, laed, aknad ja uksed.

Nende probleemide esmane lahendamine võimaldab teil kasutada väiksema suurusega soojuspumpa, vähendades seeläbi soojuspumba seadmete kulusid ja võimaldades teie süsteemil tõhusamalt töötada.

Natural Resources Canada pakub mitmeid väljaandeid, mis selgitavad, kuidas seda teha.

Mis on soojuspump ja kuidas see töötab?

Soojuspumbad on end tõestanud tehnoloogia, mida on aastakümneid kasutatud nii Kanadas kui ka kogu maailmas, et tagada hoonete tõhus küte, jahutus ja mõnel juhul ka sooja vesi. Tegelikult on tõenäoline, et suhtlete soojuspumba tehnoloogiaga igapäevaselt: külmikud ja kliimaseadmed töötavad samu põhimõtteid ja tehnoloogiat kasutades. See jaotis tutvustab soojuspumba tööpõhimõtteid ja tutvustab erinevaid süsteemitüüpe.

Soojuspumba põhikontseptsioonid

Soojuspump on elektriajamiga seade, mis ammutab soojust madala temperatuuriga kohast (allikast) ja toimetab selle kõrgema temperatuuriga kohta (valamu).

Selle protsessi mõistmiseks mõelge jalgrattasõidule üle mäe: mäe tipust alla jõudmiseks pole vaja pingutada, kuna ratas ja sõitja liiguvad loomulikult kõrgest kohast madalamasse. Mäest üles minek nõuab aga palju rohkem tööd, kuna ratas liigub loomulikule liikumissuunale vastu.

Sarnaselt liigub soojus loomulikult kõrgema temperatuuriga kohtadest madalama temperatuuriga kohtadesse (nt talvel kaob soojus hoone seest väljapoole). Soojuspump kasutab täiendavat elektrienergiat loomuliku soojusvoo tõrjumiseks ja pumbab külmemas kohas saadaoleva energia soojemasse.

Kuidas siis soojuspump teie kodu kütab või jahutab? Kui energiat ammutatakse allikast, väheneb allika temperatuur. Kui allikana kasutatakse kodu, eemaldatakse soojusenergia, mis jahutab seda ruumi. Nii töötab soojuspump jahutusrežiimis ning seda sama põhimõtet kasutavad konditsioneerid ja külmikud. Samamoodi tõuseb kraanikaussi energia lisamisel selle temperatuur. Kui kodu kasutatakse valamuna, lisandub soojusenergia, mis soojendab ruumi. Soojuspump on täielikult pööratav, mis tähendab, et see võib teie kodu nii soojendada kui ka jahutada, pakkudes aastaringset mugavust.

Soojuspumpade allikad ja valamud

Soojuspumbasüsteemi allika ja valamu valimine aitab oluliselt määrata teie süsteemi jõudlust, kapitalikulusid ja kasutuskulusid. See jaotis annab lühiülevaate Kanada elamurajoonide levinumate allikate ja valamute kohta.

Allikad: Kanadas kasutatakse soojuspumpadega kodude kütmiseks kõige sagedamini kahte soojusenergia allikat:

• Õhuallikas: Soojuspump ammutab kütteperioodil soojust välisõhust ja suvisel jahutushooajal tõrjub soojust väljast.
• Võib olla üllatav teada, et isegi kui välistemperatuur on külm, on siiski saadaval palju energiat, mida saab ammutada ja hoonesse toimetada. Näiteks õhu soojussisaldus -18 °C juures võrdub 85% 21 °C juures sisalduvast soojusest. See võimaldab soojuspumbal pakkuda palju kütet ka külmema ilmaga.
• Õhuallikasüsteemid on Kanada turul kõige levinumad, üle 700 000 seadme on Kanadas paigaldatud.
• Seda tüüpi süsteeme käsitletakse üksikasjalikumalt jaotises Õhksoojuspumbad.
• Maasoojuspump: maasoojuspump kasutab talvel soojusallikana maad, põhjavett või mõlemat ning suvel kodust eemaldatava soojuse tõrjumiseks reservuaarina.
• Need soojuspumbad on vähem levinud kui õhuallikaga seadmed, kuid neid kasutatakse üha laiemalt kõigis Kanada provintsides. Nende peamine eelis on see, et need ei allu äärmuslikele temperatuurikõikumistele, kasutades maapinda püsiva temperatuuri allikana, mille tulemuseks on kõige energiasäästlikum soojuspumbasüsteem.
• Seda tüüpi süsteeme käsitletakse üksikasjalikumalt jaotises Maasoojuspumbad.

Valamud: Kanadas kasutatakse soojuspumpadega kodude kütmiseks kõige sagedamini kahte soojusenergia valamut:

• Siseõhku soojendab soojuspump. Seda saab teha järgmiselt: Hoones soojendatakse vett. Seda vett saab seejärel kasutada hüdrosüsteemi kaudu terminalisüsteemide, nagu radiaatorid, kiirguspõrand või ventilaatorispiraalid, teenindamiseks.
  • Tsentraalse kanaliga süsteem või
  • Kanaliteta siseseade, näiteks seinale kinnitatav seade.

Sissejuhatus soojuspumba efektiivsusesse

Ahjud ja katlad kütavad ruumi, lisades õhku soojust kütuse, näiteks maagaasi või kütteõli põletamise kaudu. Kuigi kasutegur on pidevalt paranenud, jääb see siiski alla 100%, mis tähendab, et kogu põlemisel saadavat energiat ei kasutata õhu soojendamiseks.

Soojuspumbad töötavad teisel põhimõttel. Soojuspumpa sisestatud elektrienergiat kasutatakse soojusenergia ülekandmiseks kahe asukoha vahel. See võimaldab soojuspumbal tõhusamalt töötada, kusjuures tüüpiline kasutegur on tunduvalt üle

100% ehk soojusenergiat toodetakse rohkem kui selle pumpamiseks kulub elektrienergiat.

Oluline on märkida, et soojuspumba kasutegur sõltub suuresti soojusallika ja valamu temperatuuridest. Nii nagu järsem mäel on vaja rohkem pingutust ratta selga tõusmiseks, nõuavad suuremad temperatuuride erinevused soojuspumba allika ja valamu vahel, et see töötab rohkem ja võib vähendada tõhusust. Soojuspumba õige suuruse määramine hooajalise efektiivsuse maksimeerimiseks on kriitiline. Neid aspekte käsitletakse üksikasjalikumalt peatükkides Õhksoojuspumbad ja Maasoojuspumbad.

Tõhususe terminoloogia

Tootjate kataloogides kasutatakse mitmesuguseid tõhususe mõõdikuid, mis võivad esmakordsel ostjal süsteemi toimivuse mõistmise mõnevõrra segadusse ajada. Allpool on toodud mõned sagedamini kasutatavad tõhususe mõisted.

Püsiseisundi mõõdikud: need mõõdikud kirjeldavad soojuspumba efektiivsust püsiolekus, st ilma tegelike hooaja- ja temperatuurikõikumisteta. Seetõttu võib nende väärtus oluliselt muutuda, kui allika ja valamu temperatuur ning muud tööparameetrid muutuvad. Püsiseisundi mõõdikud hõlmavad järgmist:

Jõukoefitsient (COP): COP on soojuspumba soojusenergia ülekandekiiruse (kW) ja pumpamiseks vajaliku elektrienergia koguse (kW) vahel. Näiteks kui soojuspump kasutaks 1 kW elektrienergiat 3 kW soojuse ülekandmiseks, oleks COP 3.

Energiatõhususe suhe (EER): EER on sarnane COP-ga ja kirjeldab soojuspumba püsiseisundi jahutuse efektiivsust. See määratakse, jagades soojuspumba jahutusvõimsuse Btu/h elektrienergia sisendvõimsusega vattides (W) kindlal temperatuuril. EER on rangelt seotud püsiseisundi jahutuse efektiivsuse kirjeldamisega, erinevalt COP-st, mida saab kasutada soojuspumba efektiivsuse väljendamiseks nii kütmisel kui ka jahutamisel.

Hooajalised toimivusmõõdikud: need mõõdikud on loodud selleks, et anda parem hinnang toimivusele kütte- või jahutushooajal, võttes arvesse "tegelikku" temperatuurimuutusi hooaja lõikes.

Hooajalised mõõdikud hõlmavad järgmist:

• Kütte hooajaline jõudlustegur (HSPF): HSPF on suhe, mis näitab, kui palju energiat soojuspump hoonele kogu kütteperioodi jooksul annab (Btu-des) kogu energiasse (vattitundides), mida ta samal perioodil kasutab.

HSPF arvutamisel kasutatakse kütteperioodi kujutamiseks pikaajaliste kliimatingimuste ilmastikuandmeid. Kuid see arvutus piirdub tavaliselt ühe piirkonnaga ja ei pruugi täielikult kajastada toimivust kogu Kanadas. Mõned tootjad võivad soovi korral pakkuda HSPF-i teise kliimapiirkonna jaoks; Kuid tavaliselt teatatakse HSPF-idest piirkonna 4 kohta, mis esindab USA kesk-lääne kliimaga sarnast kliimat. Piirkond 5 hõlmaks enamikku Kanada provintside lõunapoolsetest osadest alates eKr sisemusest kuni New Brunswicki Footnote1-ni.

• Seasonal Energy Efficiency Ratio (SEER): SEER mõõdab soojuspumba jahutuse efektiivsust kogu jahutushooaja jooksul. See määratakse, jagades jahutushooajal pakutava kogu jahutuse (Btu-des) soojuspumba kogu energiaga, mida sel ajal kasutab (vatt-tundides). SEER põhineb kliimal, mille suve keskmine temperatuur on 28 °C.

Tähtis soojuspumbasüsteemide terminoloogia

Siin on mõned levinud terminid, mida võite soojuspumpade uurimisel kohata.

Soojuspumba süsteemi komponendid

Külmutusagens on vedelik, mis ringleb läbi soojuspumba, vaheldumisi neelab, transpordib ja vabastab soojust. Sõltuvalt asukohast võib vedelik olla vedel, gaasiline või gaasi/auru segu

Pöördventiil juhib külmaaine voolu suunda soojuspumbas ja muudab soojuspumba kütterežiimilt jahutusrežiimile või vastupidi.

Spiraal on torude silmus või silmused, kus toimub soojusülekanne allika/valamu ja külmutusagensi vahel. Soojusvahetuseks kasutatava pinna suurendamiseks võivad torudel olla ribid.

Aurusti on spiraal, milles külmutusagens neelab ümbritsevast soojust ja keeb, muutudes madala temperatuuriga auruks. Kui külmutusagens liigub pöördventiilist kompressorisse, kogub akumulaator üleliigse vedeliku, mis ei aurustunud gaasiks. Kõigil soojuspumpadel pole aga akumulaatorit.

Kompressor pigistab külmutusagensi molekulid kokku, tõstes külmutusagensi temperatuuri. See seade aitab soojusenergiat allika ja valamu vahel üle kanda.

Kondensaator on spiraal, milles külmutusagens eraldab ümbritsevale soojust ja muutub vedelikuks.

Laiendusseade alandab kompressori tekitatud rõhku. See põhjustab temperatuuri langust ja külmutusagensist saab madalatemperatuuriline auru/vedeliku segu.

Välisseade on koht, kus soojust kantakse õhksoojuspumbas välisõhku/välisõhust. See seade sisaldab tavaliselt soojusvaheti spiraali, kompressorit ja paisuventiili. See näeb välja ja töötab samamoodi nagu õhukonditsioneeri välisosa.

Sisemähis on koht, kus teatud tüüpi õhksoojuspumpades kantakse soojust siseõhku/õhust. Üldiselt sisaldab siseseade soojusvaheti spiraali ja võib sisaldada ka täiendavat ventilaatorit soojendatud või jahutatud õhu tsirkuleerimiseks kasutatavasse ruumi.

Õhujaotusvõrk on osa õhujaotusvõrgust, mida nähakse ainult kanalisüsteemides. Õhuruum on õhukamber, mis moodustab osa soojendatud või jahutatud õhu jaotamise süsteemist läbi maja. Tavaliselt on see suur kamber vahetult soojusvaheti kohal või ümber.

Muud tingimused

Võimsuse või võimsuskasutuse mõõtühikud:

• Btu/h ehk Briti soojusühik tunnis on ühik, mida kasutatakse küttesüsteemi soojusvõimsuse mõõtmiseks. Üks Btu on tüüpilise sünnipäevaküünla poolt eraldatud soojusenergia hulk. Kui see soojusenergia vabaneks ühe tunni jooksul, oleks see võrdne ühe Btu/h-ga.
• kW ehk kilovatt võrdub 1000 vattiga. See on kümne 100-vatise lambipirni jaoks vajalik võimsus.
• Tonn on soojuspumba võimsuse mõõt. See võrdub 3,5 kW või 12 000 Btu/h.

Õhksoojuspumbad

Õhksoojuspumbad kasutavad välisõhku kütterežiimis soojusenergia allikana ja jahutusrežiimis energia tagasilükkamiseks valamuna. Seda tüüpi süsteeme võib üldiselt jagada kahte kategooriasse:

Õhk-õhk soojuspumbad. Need seadmed soojendavad või jahutavad teie kodu õhku ja esindavad enamikku Kanada õhksoojuspumpade integreerimisest. Neid saab täiendavalt klassifitseerida vastavalt paigaldustüübile:

• Kanalis: soojuspumba sisemähis asub kanalis. Õhku soojendatakse või jahutatakse, suunates seda üle spiraali, enne kui see jaotatakse kanali kaudu kodu erinevatesse kohtadesse.
• Kanalita: Soojuspumba sisemähis asub siseseadmes. Need siseseadmed asuvad tavaliselt hõivatud ruumi põrandal või seinal ja soojendavad või jahutavad otse selle ruumi õhku. Nende ühikute hulgas võite näha termineid mini- ja mitmeosaline:
  • Mini-split: kodus asub üks siseseade, mida teenindab üks välisseade.
  • Multi-split: mitu siseseadet asuvad kodus ja neid teenindab üks välisseade.

Õhk-õhk süsteemid on tõhusamad, kui sise- ja välistemperatuuri erinevus on väiksem. Seetõttu püüavad õhk-õhk soojuspumbad üldiselt optimeerida oma efektiivsust, pakkudes suuremat sooja õhu kogust ja soojendades seda õhku madalamale temperatuurile (tavaliselt vahemikus 25–45 °C). See on kontrastiks ahjusüsteemidega, mis edastavad väiksema õhuhulga, kuid soojendavad selle õhu kõrgemale temperatuurile (vahemikus 55 °C kuni 60 °C). Kui lähete üle ahju soojuspumbale, võite seda märgata, kui hakkate oma uut soojuspumpa kasutama.

Õhk-vesi soojuspumbad: Kanadas vähem levinud õhk-vesi soojuspumbad soojendavad või jahutavad vett ning neid kasutatakse kodudes, kus on hüdraulilised (veepõhised) jaotussüsteemid, nagu madala temperatuuriga radiaatorid, kiirgusega põrandad või fancoil-seadmed. Kütterežiimis varustab soojuspump hüdrosüsteemi soojusenergiaga. See protsess on jahutusrežiimis vastupidine ning hüdrosüsteemist eraldatakse soojusenergia ja suunatakse välisõhku.

Õhk-vesi soojuspumpade hindamisel on kriitilise tähtsusega hüdrosüsteemi töötemperatuurid. Õhk-vesi soojuspumbad töötavad tõhusamalt vee soojendamisel madalamale temperatuurile, st alla 45–50 °C, ning sobivad sellisena paremini kiirguspõrandate või ventilaator-coil-süsteemidega. Ettevaatlik tuleb olla, kui kaalute nende kasutamist kõrge temperatuuriga radiaatoritega, mis nõuavad veetemperatuuri üle 60°C, kuna need temperatuurid ületavad üldjuhul enamiku elamusoojuspumpade piire.

Õhksoojuspumpade peamised eelised

Õhksoojuspumba paigaldamine võib pakkuda teile mitmeid eeliseid. Selles jaotises uuritakse, kuidas õhksoojuspumbad võivad teie majapidamise energiajalajäljele kasu tuua.

Tõhusus

Õhksoojuspumba kasutamise peamine eelis on selle kõrge efektiivsus kütmisel võrreldes tüüpiliste süsteemidega, nagu ahjud, boilerid ja elektrilised põrandaliistud. 8°C juures jääb õhksoojuspumpade jõudluskoefitsient (COP) tavaliselt vahemikku 2,0–5,4. See tähendab, et seadmete puhul, mille COP on 5, edastatakse soojust 5 kilovatt-tundi (kWh) iga soojuspumbale tarnitud kWh elektrienergia kohta. Kui välisõhu temperatuur langeb, on COP-d madalamad, kuna soojuspump peab töötama suurema sise- ja välisruumi temperatuuride vahega. Temperatuuril –8 °C võivad COP-id olla vahemikus 1,1 kuni 3,7.

Hooajaliselt võib turul saadaolevate seadmete kütte hooajaline jõudlustegur (HSPF) varieeruda vahemikus 7,1 kuni 13,2 (piirkond V). Oluline on märkida, et need HSPF-i hinnangud kehtivad Ottawaga sarnase kliimaga piirkonna kohta. Tegelik kokkuhoid sõltub suuresti teie soojuspumba paigalduskohast.

Energiasääst

Soojuspumba suurem efektiivsus võib tähendada märkimisväärset energiatarbimise vähenemist. Tegelik sääst teie majas sõltub mitmest tegurist, sealhulgas teie kohalikust kliimast, teie praeguse süsteemi tõhususest, soojuspumba suurusest ja tüübist ning juhtimisstrateegiast. Saadaval on paljud veebikalkulaatorid, mis annavad kiire hinnangu selle kohta, kui palju energiasäästu oma konkreetse rakenduse puhul oodata võib. NRCani tööriist ASHP-Eval on vabalt saadaval ning paigaldajad ja mehaanikadisainerid võivad seda teie olukorra kohta nõu andmiseks kasutada.

Kuidas õhksoojuspump töötab?

Ärakiri

Õhksoojuspumbal on kolm tsüklit:

• Küttetsükkel: hoone soojusenergia varustamine
• Jahutustsükkel: soojusenergia eemaldamine hoonest
• Sulatamistsükkel: härmatise eemaldamine
• kogunemine välistingimustes mähistele

Küttetsükkel

Märkus:

Osa artikleid on võetud Internetist. Rikkumise korral võtke meiega ühendust, et see kustutada. Kui olete huvitatud soojuspumba toodetest, võtke julgelt ühendust OSB soojuspumba ettevõttega, oleme teie parim valik.