Lämmitys ja jäähdytys lämpöpumpulla - Osa 1

Johdanto

Jos etsit vaihtoehtoja kotisi lämmittämiseen ja jäähdyttämiseen tai energialaskujen pienentämiseen, sinun kannattaa harkita lämpöpumppujärjestelmää. Lämpöpumput ovat Kanadassa todistettu ja luotettava tekniikka, joka pystyy tarjoamaan kotisi mukavuuden ympäri vuoden lämmittämällä talvella, jäähdyttämällä kesällä ja joissakin tapauksissa lämmittämällä kuumaa vettä kotiisi.

Lämpöpumput voivat olla erinomainen valinta erilaisiin käyttötarkoituksiin sekä uusiin koteihin että olemassa olevien lämmitys- ja jäähdytysjärjestelmien jälkiasennuksiin. Ne ovat myös vaihtoehto vaihdettaessa olemassa olevia ilmastointijärjestelmiä, sillä pelkkä jäähdytysjärjestelmästä lämpöpumppuun siirtymisen lisäkustannukset ovat usein melko alhaiset. Koska järjestelmätyyppejä ja -vaihtoehtoja on runsaasti, voi usein olla vaikeaa määrittää, onko lämpöpumppu oikea vaihtoehto kotiisi.

Jos harkitset lämpöpumppua, sinulla on todennäköisesti useita kysymyksiä, kuten:

• Millaisia ​​lämpöpumppuja on saatavilla?
• Kuinka suuren osan vuotuisista lämmitys- ja jäähdytystarpeistani voi tuottaa lämpöpumppu?
• Minkä kokoisen lämpöpumpun tarvitsen kotiin ja sovellukseen?
• Kuinka paljon lämpöpumput maksavat muihin järjestelmiin verrattuna ja kuinka paljon voisin säästää sähkölaskussani?
• Pitääkö minun tehdä lisää muutoksia kotiini?
• Kuinka paljon huoltoa järjestelmä vaatii?

Tämä kirjanen sisältää tärkeitä faktoja lämpöpumpuista, jotka auttavat sinua saamaan enemmän tietoa ja auttavat sinua tekemään oikean valinnan kotiisi. Näiden kysymysten avulla tämä kirjanen kuvaa yleisimmät lämpöpumpputyypit ja käsittelee lämpöpumpun valintaan, asennukseen, käyttöön ja huoltoon liittyviä tekijöitä.

Kohdeyleisö

Tämä kirjanen on tarkoitettu asunnonomistajille, jotka etsivät taustatietoa lämpöpumpputekniikoista tukeakseen tietoista päätöksentekoa järjestelmän valinnassa ja integroinnissa, käytössä ja kunnossapidossa. Tässä annetut tiedot ovat yleisiä, ja tietyt tiedot voivat vaihdella asennuksen ja järjestelmätyypin mukaan. Tämä kirjanen ei saa korvata urakoitsijan tai energianeuvojan kanssa työskentelemistä, joka varmistaa, että asennuksesi vastaa tarpeitasi ja toivottuja tavoitteita.

Huomautus kodin energianhallinnasta

Lämpöpumput ovat erittäin tehokkaita lämmitys- ja jäähdytysjärjestelmiä ja voivat vähentää merkittävästi energiakustannuksiasi. Kun ajatellaan kotia järjestelmänä, on suositeltavaa minimoida kodin lämpöhäviöt esimerkiksi ilmavuodoista (halkeamien, reikien läpi), huonosti eristetyistä seinistä, katoista, ikkunoista ja ovista.

Ratkaisemalla nämä ongelmat ensin voit käyttää pienempää lämpöpumpun kokoa, mikä vähentää lämpöpumppulaitteiden kustannuksia ja antaa järjestelmäsi toimia tehokkaammin.

Natural Resources Canadalta on saatavilla useita julkaisuja, jotka selittävät tämän tekemisen.

Mikä on lämpöpumppu ja miten se toimii?

Lämpöpumput ovat hyväksi havaittu tekniikka, jota on käytetty vuosikymmeniä sekä Kanadassa että maailmanlaajuisesti lämmittämään, jäähdyttämään ja joissain tapauksissa myös kuumaa vettä tehokkaasti tuottamaan rakennuksiin. Itse asiassa on todennäköistä, että olet vuorovaikutuksessa lämpöpumpputekniikan kanssa päivittäin: jääkaapit ja ilmastointilaitteet toimivat samoilla periaatteilla ja tekniikalla. Tässä osiossa esitellään lämpöpumpun toiminnan perusteet ja esitellään erilaisia ​​järjestelmätyyppejä.

Lämpöpumpun peruskäsitteet

Lämpöpumppu on sähkökäyttöinen laite, joka ottaa lämpöä matalan lämpötilan paikasta (lähteestä) ja toimittaa sen korkeamman lämpötilan paikkaan (allas).

Ymmärtääksesi tämän prosessin, ajattele pyöräilyä mäen yli: Mäen huipulta alas ei vaadi ponnistelua, koska pyörä ja ajaja liikkuvat luonnollisesti korkealta paikalta alemmas. Mäkeen nouseminen vaatii kuitenkin paljon enemmän työtä, sillä pyörä liikkuu luonnollista liikesuuntaa vastaan.

Samalla tavalla lämpöä virtaa luonnostaan ​​korkeammista paikoista matalampiin paikkoihin (esim. talvella lämpöä rakennuksen sisältä katoaa ulos). Lämpöpumppu käyttää lisäsähköenergiaa vastustaakseen luonnollista lämmönvirtausta ja pumppaamalla kylmemmässä paikassa saatavilla olevan energian lämpimämpään.

Miten lämpöpumppu lämmittää tai viilentää kotiasi? Kun energiaa otetaan lähteestä, lähteen lämpötila laskee. Jos kotia käytetään lähteenä, lämpöenergia poistetaan, mikä jäähdyttää tätä tilaa. Näin lämpöpumppu toimii jäähdytystilassa, ja samaa periaatetta käyttävät ilmastointilaitteet ja jääkaapit. Vastaavasti, kun energiaa lisätään pesualtaaseen, sen lämpötila nousee. Jos kotia käytetään pesualtaana, siihen lisätään lämpöenergiaa, joka lämmittää tilaa. Lämpöpumppu on täysin käännettävä, mikä tarkoittaa, että se voi sekä lämmittää että jäähdyttää kotiasi tarjoten mukavuutta ympäri vuoden.

Lämpöpumppujen lähteet ja nielut

Lämpöpumppujärjestelmän lähteen ja nielun valitseminen vaikuttaa pitkälle järjestelmäsi suorituskyvyn, pääomakustannusten ja käyttökustannusten määrittämiseen. Tämä osio tarjoaa lyhyen yleiskatsauksen yleisistä lähteistä ja nieluista asuinkäyttöön Kanadassa.

Lähteet: Kahta lämpöenergian lähdettä käytetään yleisimmin kotien lämmittämiseen lämpöpumpuilla Kanadassa:

• Ilmalähde: Lämpöpumppu ottaa lämpöä ulkoilmasta lämmityskaudella ja hylkää lämmön ulkopuolelta kesän jäähdytyskaudella.
• Saattaa olla yllättävää tietää, että vaikka ulkolämpötilat ovat kylmiä, käytettävissä on silti runsaasti energiaa, joka voidaan ottaa talteen ja toimittaa rakennukseen. Esimerkiksi ilman lämpöpitoisuus -18°C:ssa vastaa 85 % 21°C:n sisältämästä lämmöstä. Tämä mahdollistaa lämpöpumpun hyvän lämmityksen myös kylmemmällä säällä.
• Ilmalähdejärjestelmät ovat yleisimmät Kanadan markkinoilla, ja yli 700 000 asennettua yksikköä eri puolilla Kanadaa.
• Tämän tyyppistä järjestelmää käsitellään tarkemmin ilmalämpöpumput -osiossa.
• Maalämpöpumppu: Maalämpöpumppu käyttää maata, pohjavettä tai molempia lämmönlähteenä talvella ja säiliönä hylkimään kotoa poistetun lämmön kesällä.
• Nämä lämpöpumput ovat vähemmän yleisiä kuin ilmalähdeyksiköt, mutta niitä käytetään yhä laajemmin kaikissa Kanadan maakunnissa. Niiden ensisijainen etu on, että ne eivät ole alttiina äärimmäisille lämpötilanvaihteluille, koska ne käyttävät maata tasaisen lämpötilan lähteenä, mikä johtaa energiatehokkaimpaan lämpöpumppujärjestelmään.
• Tämän tyyppistä järjestelmää käsitellään tarkemmin osiossa Maalämpöpumput.

Altaat: Kahta lämpöenergian pesuallasta käytetään yleisimmin lämpöpumpuilla varustettujen kotien lämmittämiseen Kanadassa:

• Sisäilma lämmitetään lämpöpumpulla. Tämä voidaan tehdä seuraavasti: Rakennuksen sisällä oleva vesi lämmitetään. Tätä vettä voidaan sitten käyttää päätejärjestelmien, kuten lämpöpattereiden, säteilevän lattian tai tuuletinpatterin yksiköiden palvelemiseen vesijärjestelmän kautta.
  • Keskitetysti kanavoitu järjestelmä tai
  • Kanavaton sisäyksikkö, kuten seinään kiinnitettävä yksikkö.

Johdatus lämpöpumppujen tehokkuuteen

Uunit ja kattilat lämmittävät tilaa lisäämällä lämpöä ilmaan polttamalla polttoainetta, kuten maakaasua tai lämmitysöljyä. Vaikka hyötysuhteet ovat jatkuvasti parantuneet, ne pysyvät edelleen alle 100 %, mikä tarkoittaa, että kaikkea poltosta saatavaa energiaa ei käytetä ilman lämmittämiseen.

Lämpöpumput toimivat eri periaatteella. Lämpöpumppuun syötettyä sähköä käytetään lämpöenergian siirtämiseen kahden paikan välillä. Tämä mahdollistaa lämpöpumpun toiminnan tehokkaammin ja tyypillisen hyötysuhteen ylittämällä

100 % eli lämpöenergiaa tuotetaan enemmän kuin sen pumppaamiseen kuluu sähköenergiaa.

On tärkeää huomata, että lämpöpumpun hyötysuhde riippuu suuresti lähteen ja nielun lämpötiloista. Aivan kuten jyrkempi mäki vaatii enemmän vaivaa pyörällä kiipeämiseen, suuremmat lämpötilaerot lämpöpumpun lähteen ja nielun välillä vaativat sen toimimaan kovemmin ja voivat heikentää tehokkuutta. Oikean lämpöpumpun koon määrittäminen kausittaisen tehokkuuden maksimoimiseksi on kriittistä. Näitä näkökohtia käsitellään tarkemmin osissa Ilmalämpöpumput ja Maalämpöpumput.

Tehokkuusterminologia

Valmistajien luetteloissa käytetään erilaisia ​​tehokkuusmittareita, mikä voi tehdä järjestelmän suorituskyvyn ymmärtämisestä hieman hämmentävää ensimmäistä kertaa ostavalle. Alla on erittely joistakin yleisesti käytetyistä tehokkuustermeistä:

Vakaan tilan mittarit: Nämä mittaukset kuvaavat lämpöpumpun tehokkuutta "vakaassa tilassa", eli ilman todellisia vuodenajan ja lämpötilan vaihteluita. Sellaisenaan niiden arvo voi muuttua merkittävästi lähteen ja nielun lämpötilan ja muiden toimintaparametrien muuttuessa. Vakaan tilan mittareita ovat:

Suorituskykykerroin (COP): COP on lämpöpumpun lämpöenergian siirtonopeuden (kW) ja pumppaamiseen tarvittavan sähkötehon (kW) välinen suhde. Esimerkiksi jos lämpöpumppu käyttää 1 kW sähköenergiaa siirtääkseen 3 kW lämpöä, COP olisi 3.

Energy Efficiency Ratio (EER): EER on samanlainen kuin COP ja kuvaa lämpöpumpun vakaan tilan jäähdytystehokkuutta. Se määritetään jakamalla lämpöpumpun jäähdytysteho (Btu/h) tietyssä lämpötilassa syötetyllä sähköenergialla watteina (W). EER liittyy tiukasti vakaan tilan jäähdytystehokkuuden kuvaamiseen, toisin kuin COP, jota voidaan käyttää ilmaisemaan lämpöpumpun tehokkuutta sekä lämmityksessä että jäähdytyksessä.

Kausiluonteiset tehokkuusmittarit: Nämä mittarit on suunniteltu antamaan parempi arvio suorituskyvystä lämmitys- tai jäähdytyskauden aikana ottamalla huomioon "todellisen elämän" lämpötilavaihtelut kauden aikana.

Kausimittareita ovat:

• Lämmityskauden tehokerroin (HSPF): HSPF on suhde, kuinka paljon energiaa lämpöpumppu toimittaa rakennukseen koko lämmityskauden aikana (Btu) sen saman ajanjakson aikana käyttämään kokonaisenergiaan (wattitunteina).

HSPF:n laskennassa käytetään lämmityskautta kuvaamaan pitkän aikavälin ilmasto-olosuhteiden säätiedot. Tämä laskelma rajoittuu kuitenkin tyypillisesti yhteen alueeseen, eikä se välttämättä edusta täysin suorituskykyä Kanadassa. Jotkut valmistajat voivat pyynnöstä toimittaa HSPF:n toiselle ilmastoalueelle; Kuitenkin tyypillisesti HSPF:t raportoidaan alueella 4, joka edustaa USA:n keskilännen ilmastoa. Alue 5 kattaisi suurimman osan Kanadan provinssien eteläpuoliskosta BC:n sisäosista New BrunswickFootnote1:een.

• Seasonal Energy Efficiency Ratio (SEER): SEER mittaa lämpöpumpun jäähdytystehokkuutta koko jäähdytyskauden ajan. Se määritetään jakamalla jäähdytyskauden aikana tuotettu kokonaisjäähdytys (Btu) lämpöpumpun tuona aikana käyttämällä kokonaisenergialla (wattitunteina). SEER perustuu ilmastoon, jonka keskimääräinen kesälämpötila on 28 °C.

Tärkeää terminologiaa lämpöpumppujärjestelmille

Tässä on joitain yleisiä termejä, joita saatat törmätä lämpöpumppuja tutkiessasi.

Lämpöpumppujärjestelmän osat

Kylmäaine on neste, joka kiertää lämpöpumpun läpi vuorotellen imeen, kuljettaen ja vapauttaen lämpöä. Sijainnistaan ​​riippuen neste voi olla nestemäistä, kaasumaista tai kaasu/höyry-seosta

Kääntöventtiili ohjaa lämpöpumpun kylmäaineen virtaussuuntaa ja vaihtaa lämpöpumpun lämmitystilasta jäähdytystilaan tai päinvastoin.

Kierukka on letkun silmukka, jossa lämmönsiirto tapahtuu lähteen/altaan ja kylmäaineen välillä. Letkussa voi olla ripoja lämmönvaihdolle käytettävissä olevan pinta-alan lisäämiseksi.

Höyrystin on kierukka, jossa kylmäaine imee lämpöä ympäristöstään ja kiehuu matalan lämpötilan höyryksi. Kun kylmäaine siirtyy suunnanvaihtoventtiilistä kompressoriin, akku kerää ylimääräisen nesteen, joka ei höyrystynyt kaasuksi. Kaikissa lämpöpumpuissa ei kuitenkaan ole akkua.

Kompressori puristaa kylmäainekaasun molekyylit yhteen ja nostaa kylmäaineen lämpötilaa. Tämä laite auttaa siirtämään lämpöenergiaa lähteen ja pesualtaan välillä.

Lauhdutin on kierukka, jossa kylmäaine luovuttaa lämpöä ympäristöönsä ja muuttuu nesteeksi.

Paisuntalaite alentaa kompressorin synnyttämää painetta. Tämä saa lämpötilan laskemaan ja kylmäaineesta tulee matalan lämpötilan höyry/neste-seos.

Ulkoyksikkö on paikka, jossa lämpö siirretään ulkoilmaan/ulkoilmasta ilmalämpöpumpussa. Tämä yksikkö sisältää yleensä lämmönvaihdinpatterin, kompressorin ja paisuntaventtiilin. Se näyttää ja toimii samalla tavalla kuin ilmastointilaitteen ulkoosa.

Sisäpatteri on paikka, jossa lämpö siirtyy sisäilmaan tai sisäilmasta tietyntyyppisissä ilmalämpöpumpuissa. Yleensä sisäyksikkö sisältää lämmönvaihdinpatterin, ja se voi myös sisältää ylimääräisen tuulettimen, joka kierrättää lämmitettyä tai jäähdytettyä ilmaa käytettyyn tilaan.

Liitäntätila, joka näkyy vain kanavoituissa asennuksissa, on osa ilmanjakeluverkkoa. Liitäntälaatikko on ilmatila, joka on osa järjestelmää lämmitetyn tai jäähdytetyn ilman jakamiseksi talon läpi. Se on yleensä suuri osasto välittömästi lämmönvaihtimen yläpuolella tai ympärillä.

Muut ehdot

Kapasiteetin tai tehonkäytön mittayksiköt:

• Btu/h tai brittiläinen lämpöyksikkö tunnissa on yksikkö, jota käytetään mittaamaan lämmitysjärjestelmän lämpötehoa. Yksi Btu on tyypillisen syntymäpäiväkynttilän lämpöenergian määrä. Jos tämä lämpöenergia vapautuisi tunnin aikana, se vastaisi yhtä Btu/h.
• kW tai kilowatti vastaa 1000 wattia. Tämä on kymmenen 100 watin hehkulampun vaatima teho.
• Tonni on lämpöpumpun tehon mitta. Se vastaa 3,5 kW tai 12 000 Btu/h.

Ilmalämpöpumput

Ilmalämpöpumput käyttävät ulkoilmaa lämpöenergian lähteenä lämmitystilassa ja nieluna hylkimään energiaa jäähdytystilassa. Tämäntyyppiset järjestelmät voidaan yleensä luokitella kahteen luokkaan:

Ilma-ilma lämpöpumput. Nämä yksiköt lämmittävät tai jäähdyttävät kotisi ilmaa ja edustavat suurinta osaa ilmalämpöpumppuintegraatioista Kanadassa. Ne voidaan luokitella edelleen asennustyypin mukaan:

• Kanavainen: Lämpöpumpun sisäpatteri sijaitsee kanavassa. Ilmaa lämmitetään tai jäähdytetään ohjaamalla patterin yli, ennen kuin se jaetaan kanaviston kautta kodin eri paikkoihin.
• Kanavaton: Lämpöpumpun sisäpatteri sijaitsee sisäyksikössä. Nämä sisäyksiköt sijaitsevat yleensä asutun tilan lattialla tai seinällä ja lämmittävät tai jäähdyttävät ilmaa suoraan kyseisessä tilassa. Näiden yksiköiden joukossa saatat nähdä termit mini- ja multi-split:
  • Mini-Split: Yksi sisäyksikkö sijaitsee kodin sisällä, ja sitä palvelee yksi ulkoyksikkö.
  • Multi-Split: Useita sisäyksiköitä sijaitsee kotona, ja niitä palvelee yksi ulkoyksikkö.

Ilma-ilmajärjestelmät ovat tehokkaampia, kun sisä- ja ulkolämpötilaero on pienempi. Tästä johtuen ilma-ilmalämpöpumput pyrkivät yleensä optimoimaan tehokkuutensa tuottamalla suuremman määrän lämmintä ilmaa ja lämmittämällä ilmaa alempaan lämpötilaan (yleensä 25-45°C). Tämä eroaa uunijärjestelmistä, jotka tuottavat pienemmän ilmamäärän, mutta lämmittävät ilman korkeampiin lämpötiloihin (55 °C - 60 °C). Jos olet vaihtamassa lämpöpumppuun uunista, saatat huomata tämän, kun aloitat uuden lämpöpumppusi käytön.

Ilma-vesilämpöpumput: Harvemmin Kanadassa ilma-vesilämpöpumput lämmittävät tai viilentävät vettä, ja niitä käytetään kodeissa, joissa on vesikiertoiset (vesipohjaiset) jakelujärjestelmät, kuten matalalämpöpatterit, säteilevät lattiat tai tuuletinpatteriyksiköt. Lämmitystilassa lämpöpumppu toimittaa lämpöenergiaa vesijärjestelmään. Tämä prosessi on päinvastainen jäähdytystilassa, ja lämpöenergia otetaan pois vesijärjestelmästä ja hylätään ulkoilmaan.

Vesijärjestelmän käyttölämpötilat ovat kriittisiä ilma-vesilämpöpumppujen arvioinnissa. Ilma-vesilämpöpumput toimivat tehokkaammin lämmitettäessä vettä alhaisempaan lämpötilaan, eli alle 45-50°C, ja sopivat sellaisenaan paremmin säteileviin lattioihin tai puhallinkonterijärjestelmiin. On oltava varovainen, jos harkitset niiden käyttöä korkean lämpötilan lämpöpatterien kanssa, jotka vaativat yli 60 °C:n veden lämpötilaa, koska nämä lämpötilat ylittävät yleensä useimpien asuinlämpöpumppujen rajat.

Ilmalämpöpumppujen tärkeimmät edut

Ilmalämpöpumpun asentaminen voi tarjota sinulle monia etuja. Tässä osiossa tutkitaan, kuinka ilmalämpöpumput voivat hyötyä kotitalouden energiajalanjälkestäsi.

Tehokkuus

Ilmalämpöpumpun käytön suurin hyöty on sen korkea hyötysuhde lämmityksessä verrattuna tyypillisiin järjestelmiin, kuten uuneihin, kattiloihin ja sähköisiin jalkalistaan. 8°C:ssa ilmalämpöpumppujen tehokerroin (COP) on tyypillisesti välillä 2,0 - 5,4. Tämä tarkoittaa, että yksiköissä, joiden COP on 5, lämpöä siirretään 5 kilowattituntia (kWh) jokaista lämpöpumppuun syötettyä kWh sähköä kohti. Kun ulkoilman lämpötila laskee, COP:t ovat alhaisemmat, koska lämpöpumpun on toimittava suuremmassa lämpötilaerossa sisä- ja ulkotilan välillä. –8°C:ssa COP-arvot voivat vaihdella välillä 1,1–3,7.

Markkinakohtaisesti saatavilla olevien yksiköiden lämmityskausitehokerroin (HSPF) voi vaihdella välillä 7,1-13,2 (alue V). On tärkeää huomata, että nämä HSPF-arviot koskevat aluetta, jonka ilmasto on samanlainen kuin Ottawa. Todelliset säästöt riippuvat suuresti lämpöpumpun asennuksen sijainnista.

Energiansäästö

Lämpöpumpun korkeampi hyötysuhde voi vähentää merkittävästi energiankulutusta. Todelliset säästöt talossasi riippuvat useista tekijöistä, kuten paikallisesta ilmastosta, nykyisen järjestelmäsi tehokkuudesta, lämpöpumpun koosta ja tyypistä sekä ohjausstrategiasta. Saatavilla on monia online-laskimia, jotka antavat nopean arvion siitä, kuinka paljon energiaa voit odottaa tietyllä sovelluksellasi. NRCanin ASHP-Eval-työkalu on vapaasti saatavilla, ja asentajat ja mekaaniset suunnittelijat voivat käyttää sitä neuvoakseen tilannettasi.

Kuinka ilmalämpöpumppu toimii?

Transkriptio

Ilmalämpöpumpussa on kolme jaksoa:

• Lämmityskierto: Lämpöenergian tuottaminen rakennukseen
• Jäähdytyskierto: lämpöenergian poistaminen rakennuksesta
• Sulatusjakso: huurteen poistaminen
• kertyminen ulkokäyttöön

Lämmityssykli

Huomautus:

Osa artikkeleista on otettu Internetistä. Jos rikkomuksia ilmenee, ota meihin yhteyttä sen poistamiseksi. Jos olet kiinnostunut lämpöpumpputuotteista, ota rohkeasti yhteyttä OSB-lämpöpumppuyritykseen, olemme paras valintasi.