Úvod
Pokud zkoumáte možnosti vytápění a chlazení vašeho domova nebo snížení účtů za energii, možná budete chtít zvážit systém tepelného čerpadla. Tepelná čerpadla jsou v Kanadě osvědčenou a spolehlivou technologií, která je schopna zajistit celoroční komfortní řízení vašeho domova tím, že v zimě dodává teplo, v létě chladí a v některých případech ohřívá teplou vodu pro váš domov.
Tepelná čerpadla mohou být vynikající volbou v různých aplikacích, a to jak pro nové domy, tak pro modernizaci stávajících systémů vytápění a chlazení. Jsou také možností při výměně stávajících klimatizačních systémů, protože přírůstkové náklady na přechod ze systému pouze s chlazením na tepelné čerpadlo jsou často poměrně nízké. Vzhledem k množství různých typů systémů a možností může být často obtížné určit, zda je tepelné čerpadlo tou správnou volbou pro váš domov.
Pokud uvažujete o tepelném čerpadle, pravděpodobně vás napadne řada otázek, včetně:
- Jaké typy tepelných čerpadel jsou k dispozici?
- Kolik z mých ročních potřeb na vytápění a chlazení může tepelné čerpadlo zajistit?
- Jakou velikost tepelného čerpadla potřebuji pro svůj domov a aplikaci?
- Kolik stojí tepelná čerpadla v porovnání s jinými systémy a kolik bych mohl ušetřit na účtu za energii?
- Budu muset ve svém domě provést další úpravy?
- Kolik servisu bude systém vyžadovat?
Tato brožura poskytuje důležitá fakta o tepelných čerpadlech, která vám pomohou být více informováni a pomohou vám při správné volbě pro váš domov. Pomocí těchto otázek jako vodítka tato brožura popisuje nejběžnější typy tepelných čerpadel a pojednává o faktorech spojených s výběrem, instalací, provozem a údržbou tepelného čerpadla.
Očekávané publikum
Tato brožura je určena majitelům domů, kteří hledají základní informace o technologiích tepelných čerpadel, aby podpořili informované rozhodování ohledně výběru a integrace systému, provozu a údržby. Zde uvedené informace jsou obecné a konkrétní podrobnosti se mohou lišit v závislosti na vaší instalaci a typu systému. Tato příručka by neměla nahrazovat práci s dodavatelem nebo energetickým poradcem, který zajistí, že vaše instalace splňuje vaše potřeby a požadované cíle.
Poznámka k hospodaření s energií v domácnosti
Tepelná čerpadla jsou velmi účinné systémy vytápění a chlazení a mohou výrazně snížit vaše náklady na energii. Při uvažování o domě jako o systému se doporučuje minimalizovat tepelné ztráty z vašeho domova z oblastí, jako jsou úniky vzduchu (prasklinami, otvory), špatně izolované stěny, stropy, okna a dveře.
Řešení těchto problémů jako první vám umožní používat menší velikost tepelného čerpadla, čímž se sníží náklady na zařízení tepelného čerpadla a váš systém bude fungovat efektivněji.
Řada publikací vysvětlujících, jak to udělat, je k dispozici od Natural Resources Canada.
Co je tepelné čerpadlo a jak funguje?
Tepelná čerpadla jsou osvědčenou technologií, která se v Kanadě i ve světě používá po desetiletí k efektivnímu zajištění vytápění, chlazení a v některých případech i ohřevu vody v budovách. Ve skutečnosti je pravděpodobné, že s technologií tepelných čerpadel komunikujete každý den: chladničky a klimatizace fungují na základě stejných principů a technologií. Tato část představuje základy fungování tepelného čerpadla a představuje různé typy systémů.
Základní pojmy tepelného čerpadla
Tepelné čerpadlo je elektricky poháněné zařízení, které odebírá teplo z místa s nízkou teplotou (zdroj) a dodává ho do místa s vyšší teplotou (dřez).
Abyste tomuto procesu porozuměli, přemýšlejte o jízdě na kole přes kopec: Není potřeba žádné úsilí, abyste se dostali z vrcholu kopce dolů, protože kolo a jezdec se přirozeně přesunou z vysokého místa na nižší. Výjezd do kopce však vyžaduje mnohem více práce, protože kolo se pohybuje proti přirozenému směru pohybu.
Obdobným způsobem teplo přirozeně proudí z míst s vyšší teplotou do míst s nižšími teplotami (např. v zimě se teplo z vnitřku budovy ztrácí ven). Tepelné čerpadlo využívá dodatečnou elektrickou energii k potlačení přirozeného toku tepla a přečerpává energii dostupnou v chladnějším místě do teplejšího.
Jak tedy tepelné čerpadlo vytápí nebo chladí váš domov? Jak je energie odebírána ze zdroje, teplota zdroje se snižuje. Pokud je jako zdroj využíván dům, tepelná energie se odebírá a tento prostor ochlazuje. Takto funguje tepelné čerpadlo v režimu chlazení a jedná se o stejný princip, jaký používají klimatizace a chladničky. Podobně, když se do dřezu přidává energie, jeho teplota se zvyšuje. Pokud je dům používán jako umyvadlo, bude přidána tepelná energie, která vytopí prostor. Tepelné čerpadlo je plně reverzibilní, což znamená, že dokáže vytápět i chladit váš domov a poskytuje tak celoroční komfort.
Zdroje a jímky pro tepelná čerpadla
Výběr zdroje a jímky pro váš systém tepelného čerpadla značně ovlivňuje výkon, kapitálové náklady a provozní náklady vašeho systému. Tato část poskytuje stručný přehled běžných zdrojů a jímek pro obytné aplikace v Kanadě.
Zdroje: Pro vytápění domů tepelnými čerpadly se v Kanadě nejčastěji používají dva zdroje tepelné energie:
- Air-Source: Tepelné čerpadlo odebírá teplo z venkovního vzduchu během topné sezóny a odvádí teplo ven během letní sezóny chlazení.
- Může být překvapivé vědět, že i když jsou venkovní teploty nízké, je stále k dispozici velké množství energie, kterou lze odebírat a dodávat do budovy. Například tepelný obsah vzduchu při -18 °C se rovná 85 % tepla obsaženého při 21 °C. To umožňuje tepelnému čerpadlu poskytovat velké množství tepla i v chladnějším počasí.
- Systémy zdroje vzduchu jsou nejběžnější na kanadském trhu s více než 700 000 instalovanými jednotkami po celé Kanadě.
- Tento typ systému je podrobněji popsán v části Vzduchová tepelná čerpadla.
- Ground-Source: Tepelné čerpadlo země-zdroj využívá zemi, spodní vodu nebo obojí jako zdroj tepla v zimě a jako zásobník pro odvádění tepla odebraného z domu v létě.
- Tato tepelná čerpadla jsou méně běžná než jednotky se vzduchovým zdrojem, ale jsou stále více používány ve všech provinciích Kanady. Jejich primární výhodou je, že nepodléhají extrémním teplotním výkyvům, využívají zemi jako zdroj konstantní teploty, což vede k energeticky nejúčinnějšímu typu systému tepelného čerpadla.
- Tento typ systému je podrobněji popsán v části Tepelná čerpadla země-zdroj.
Jímky: Dva jímky pro tepelnou energii se v Kanadě nejčastěji používají pro vytápění domů tepelnými čerpadly:
- Vnitřní vzduch je ohříván tepelným čerpadlem. To lze provést pomocí: Voda uvnitř budovy se ohřívá. Tato voda pak může být použita k obsluze terminálových systémů, jako jsou radiátory, sálavé podlahy nebo fancoilové jednotky prostřednictvím hydronického systému.
- Centrálně vedený systém popř
- Bezpotrubní vnitřní jednotka, jako je například nástěnná jednotka.
Úvod do účinnosti tepelného čerpadla
Pece a kotle zajišťují vytápění prostor přidáváním tepla do vzduchu spalováním paliva, jako je zemní plyn nebo topný olej. I když se účinnost neustále zlepšuje, stále zůstává pod 100 %, což znamená, že ne všechna dostupná energie ze spalování je využita k ohřevu vzduchu.
Tepelná čerpadla fungují na jiném principu. Příkon elektrické energie do tepelného čerpadla slouží k přenosu tepelné energie mezi dvěma místy. To umožňuje tepelnému čerpadlu pracovat efektivněji, s typickou účinností značně převyšující
100 %, tj. vyrobí se více tepelné energie, než kolik je elektrické energie spotřebované k jejímu čerpání.
Je důležité si uvědomit, že účinnost tepelného čerpadla velmi závisí na teplotách zdroje a jímky. Stejně jako strmější kopec vyžaduje při stoupání na kole více úsilí, větší teplotní rozdíly mezi zdrojem a jímkou tepelného čerpadla vyžadují, aby pracovalo tvrději a může snížit účinnost. Určení správné velikosti tepelného čerpadla pro maximalizaci sezónní účinnosti je zásadní. Tyto aspekty jsou podrobněji diskutovány v oddílech Vzduchová tepelná čerpadla a Tepelná čerpadla země.
Terminologie účinnosti
V katalozích výrobců se používají různé metriky účinnosti, což může pro kupujícího, který poprvé nakupuje, poněkud matoucí pochopení výkonu systému. Níže je uveden rozpis některých běžně používaných termínů účinnosti:
Metriky ustáleného stavu: Tato měření popisují účinnost tepelného čerpadla v „ustáleném stavu“, tj. bez reálných výkyvů ročního období a teploty. Jako takové se jejich hodnota může výrazně měnit se změnou teplot zdroje a jímky a dalších provozních parametrů. Mezi metriky v ustáleném stavu patří:
Koeficient výkonu (COP): COP je poměr mezi rychlostí, kterou tepelné čerpadlo přenáší tepelnou energii (v kW), a množstvím elektrické energie potřebné k provedení čerpání (v kW). Pokud by například tepelné čerpadlo spotřebovalo 1 kW elektrické energie k přenosu 3 kW tepla, COP by byl 3.
Poměr energetické účinnosti (EER): EER je podobný COP a popisuje účinnost chlazení tepelného čerpadla v ustáleném stavu. Určuje se vydělením chladicího výkonu tepelného čerpadla v Btu/h příkonem elektrické energie ve Wattech (W) při konkrétní teplotě. EER je striktně spojeno s popisem účinnosti chlazení v ustáleném stavu, na rozdíl od COP, které lze použít k vyjádření účinnosti tepelného čerpadla při vytápění i chlazení.
Metriky sezónního výkonu: Tato opatření jsou navržena tak, aby poskytla lepší odhad výkonu během topné nebo chladicí sezóny, a to zahrnutím „skutečných“ změn teplot v průběhu sezóny.
Sezónní metriky zahrnují:
- Heating Seasonal Performance Factor (HSPF): HSPF je poměr množství energie, kterou tepelné čerpadlo dodá do budovy za celou topnou sezónu (v Btu), k celkové energii (ve watthodinách), kterou spotřebuje za stejnou dobu.
Charakteristiky povětrnostních dat dlouhodobých klimatických podmínek se používají k vyjádření topné sezóny při výpočtu HSPF. Tento výpočet je však obvykle omezen na jeden region a nemusí plně představovat výkon v celé Kanadě. Někteří výrobci mohou na vyžádání poskytnout HSPF pro jinou klimatickou oblast; nicméně typicky jsou HSPF hlášeny pro Region 4, představující klima podobná středozápadu USA. Region 5 by pokrýval většinu jižní poloviny provincií v Kanadě, od vnitrozemí BC přes New BrunswickFootnote1.
- Sezónní koeficient energetické účinnosti (SEER): SEER měří účinnost chlazení tepelného čerpadla během celé chladicí sezóny. Určuje se vydělením celkového chlazení poskytnutého během chladicí sezóny (v Btu) celkovou energií spotřebovanou tepelným čerpadlem během této doby (ve watthodinách). SEER je založen na klimatu s průměrnou letní teplotou 28°C.
Důležitá terminologie pro systémy tepelných čerpadel
Zde jsou některé běžné pojmy, se kterými se můžete setkat při zkoumání tepelných čerpadel.
Součásti systému tepelného čerpadla
Chladivo je kapalina, která cirkuluje tepelným čerpadlem a střídavě absorbuje, transportuje a uvolňuje teplo. V závislosti na svém umístění může být tekutina kapalná, plynná nebo směs plynu a páry
Zpětný ventil řídí směr proudění chladiva v tepelném čerpadle a mění tepelné čerpadlo z režimu vytápění na režim chlazení nebo naopak.
Cívka je smyčka nebo smyčky potrubí, kde dochází k přenosu tepla mezi zdrojem/dřezem a chladivem. Trubice mohou mít žebra pro zvětšení povrchové plochy dostupné pro výměnu tepla.
Výparník je spirála, ve které chladivo absorbuje teplo ze svého okolí a vaří se na nízkoteplotní páru. Když chladivo prochází z reverzního ventilu do kompresoru, akumulátor shromažďuje veškerou přebytečnou kapalinu, která se nevypařila na plyn. Ne všechna tepelná čerpadla však mají akumulátor.
Kompresor stlačuje molekuly plynného chladiva dohromady, čímž se zvyšuje teplota chladiva. Toto zařízení pomáhá přenášet tepelnou energii mezi zdrojem a jímkou.
Kondenzátor je spirála, ve které chladivo odevzdává teplo svému okolí a stává se z něj kapalina.
Expanzní zařízení snižuje tlak vytvářený kompresorem. To způsobí pokles teploty a chladivo se stane směsí páry a kapaliny o nízké teplotě.
Venkovní jednotka je místo, kde se teplo přenáší do/z venkovního vzduchu v tepelném čerpadle typu vzduch. Tato jednotka obecně obsahuje spirálu výměníku tepla, kompresor a expanzní ventil. Vypadá a funguje stejně jako venkovní část klimatizace.
Vnitřní výměník je místo, kde se teplo přenáší do/z vnitřního vzduchu u určitých typů vzduchových tepelných čerpadel. Obecně platí, že vnitřní jednotka obsahuje spirálu výměníku tepla a může také obsahovat přídavný ventilátor pro cirkulaci ohřátého nebo ochlazeného vzduchu do obsazeného prostoru.
Přetlaková komora, kterou lze vidět pouze u potrubních instalací, je součástí rozvodné sítě vzduchu. Plenum je vzduchový oddíl, který tvoří součást systému pro distribuci ohřátého nebo ochlazeného vzduchu v domě. Obecně se jedná o velký oddíl bezprostředně nad výměníkem tepla nebo kolem něj.
Jiné podmínky
Jednotky měření kapacity nebo spotřeby energie:
- Btu/h, neboli britská tepelná jednotka za hodinu, je jednotka používaná k měření tepelného výkonu topného systému. Jeden Btu je množství tepelné energie vydané typickou narozeninovou svíčkou. Pokud by se tato tepelná energie uvolnila v průběhu jedné hodiny, byl by to ekvivalent jednoho Btu/h.
- kW neboli kilowatt se rovná 1000 wattům. To je množství energie potřebné pro deset 100wattových žárovek.
- Tuna je měřítkem kapacity tepelného čerpadla. To odpovídá 3,5 kW nebo 12 000 Btu/h.
Vzduchová tepelná čerpadla
Vzduchová tepelná čerpadla využívají venkovní vzduch jako zdroj tepelné energie v režimu vytápění a jako jímku k odvádění energie v režimu chlazení. Tyto typy systémů lze obecně rozdělit do dvou kategorií:
Tepelná čerpadla vzduch-vzduch. Tyto jednotky ohřívají nebo ochlazují vzduch uvnitř vašeho domova a představují převážnou většinu integrací vzduchových tepelných čerpadel v Kanadě. Mohou být dále klasifikovány podle typu instalace:
- Kanálové: Vnitřní výměník tepelného čerpadla je umístěn v potrubí. Vzduch se ohřívá nebo ochlazuje průchodem přes spirálu, než je distribuován potrubím do různých míst v domácnosti.
- Ductless: Vnitřní spirála tepelného čerpadla je umístěna ve vnitřní jednotce. Tyto vnitřní jednotky jsou obvykle umístěny na podlaze nebo stěně obývaného prostoru a ohřívají nebo chladí vzduch přímo v tomto prostoru. Mezi těmito jednotkami můžete vidět termíny mini- a multi-split:
- Mini-Split: Uvnitř domu je umístěna jedna vnitřní jednotka, kterou obsluhuje jedna venkovní jednotka.
- Multi-Split: V domácnosti je umístěno více vnitřních jednotek, které obsluhuje jedna venkovní jednotka.
Systémy vzduch-vzduch jsou účinnější, když je teplotní rozdíl mezi uvnitř a venku menší. Z tohoto důvodu se tepelná čerpadla vzduch-vzduch obecně snaží optimalizovat svou účinnost tím, že poskytují větší objem teplého vzduchu a ohřívají tento vzduch na nižší teplotu (obvykle mezi 25 a 45 °C). To kontrastuje se systémy pecí, které dodávají menší objem vzduchu, ale ohřívají jej na vyšší teploty (mezi 55 °C a 60 °C). Pokud přecházíte na tepelné čerpadlo z kotle, můžete si toho všimnout, když začnete používat své nové tepelné čerpadlo.
Tepelná čerpadla vzduch-voda: V Kanadě méně běžná tepelná čerpadla vzduch-voda ohřívají nebo ochlazují vodu a používají se v domácnostech s hydronickými rozvody (na bázi vody), jako jsou nízkoteplotní radiátory, sálavé podlahy nebo jednotky fan-coil. V režimu vytápění poskytuje tepelné čerpadlo tepelnou energii hydronickému systému. Tento proces je v režimu chlazení obrácený a tepelná energie je extrahována z hydronického systému a odváděna do venkovního vzduchu.
Provozní teploty v hydronickém systému jsou kritické při hodnocení tepelných čerpadel vzduch-voda. Tepelná čerpadla vzduch-voda pracují efektivněji při ohřevu vody na nižší teploty, tj. pod 45 až 50 °C, a jako taková se lépe hodí do sálavých podlah nebo fancoilových systémů. Při zvažování jejich použití s vysokoteplotními radiátory, které vyžadují teplotu vody nad 60 °C, je třeba dávat pozor, protože tyto teploty obecně překračují limity většiny bytových tepelných čerpadel.
Hlavní výhody vzduchových tepelných čerpadel
Instalace vzduchového tepelného čerpadla vám může nabídnout řadu výhod. Tato část se zabývá tím, jak mohou vzduchová tepelná čerpadla prospět energetické stopě vaší domácnosti.
Účinnost
Hlavní výhodou použití vzduchového tepelného čerpadla je vysoká účinnost, kterou může poskytnout při vytápění ve srovnání s typickými systémy, jako jsou pece, kotle a elektrické podlahové lišty. Při 8 °C se koeficient výkonu (COP) vzduchových tepelných čerpadel obvykle pohybuje mezi 2,0 a 5,4. To znamená, že u jednotek s COP 5 se na každou kWh elektřiny dodané tepelnému čerpadlu předá 5 kilowatthodin (kWh) tepla. S poklesem venkovní teploty vzduchu jsou COP nižší, protože tepelné čerpadlo musí pracovat při větším rozdílu teplot mezi vnitřním a venkovním prostorem. Při –8 °C se COP mohou pohybovat od 1,1 do 3,7.
Na sezónním základě se topný sezónní výkonový faktor (HSPF) jednotek dostupných na trhu může lišit od 7,1 do 13,2 (Region V). Je důležité poznamenat, že tyto odhady HSPF jsou pro oblast s klimatem podobným Ottawě. Skutečné úspory do značné míry závisí na místě instalace tepelného čerpadla.
Úspory energie
Vyšší účinnost tepelného čerpadla se může promítnout do výrazného snížení spotřeby energie. Skutečné úspory ve vašem domě budou záviset na řadě faktorů, včetně vašeho místního klimatu, účinnosti vašeho současného systému, velikosti a typu tepelného čerpadla a strategie řízení. K dispozici je mnoho online kalkulátorů, které poskytují rychlý odhad toho, jakou úsporu energie můžete u své konkrétní aplikace očekávat. Nástroj ASHP-Eval společnosti NRCan je volně dostupný a mohli by jej používat instalátoři a konstruktéři strojů, aby vám pomohli poradit ve vaší situaci.
Jak funguje vzduchové tepelné čerpadlo?
Přepis
Vzduchové tepelné čerpadlo má tři cykly:
- Topný cyklus: Dodávka tepelné energie do budovy
- Chladicí cyklus: Odvod tepelné energie z budovy
- Cyklus odmrazování: Odstranění námrazy
- nánosy na venkovních spirálách
Topný cyklus
Poznámka:
Některé články jsou převzaty z internetu. Pokud dojde k nějakému porušení, kontaktujte nás, abychom jej odstranili. Pokud vás zajímají produkty tepelných čerpadel, neváhejte kontaktovat společnost s tepelnými čerpadly OSB, jsme vaše nejlepší volba.
Čas odeslání: List-01-2022