Vytápění a chlazení tepelným čerpadlem – část 2

Během topného cyklu je teplo odebíráno z venkovního vzduchu a „čerpáno“ uvnitř.

• Nejprve kapalné chladivo prochází expanzním zařízením a mění se na nízkotlakou směs kapalina/pára. Poté jde do venkovní spirály, která funguje jako spirála výparníku. Kapalné chladivo absorbuje teplo z venkovního vzduchu a vaří se a stává se z něj pára o nízké teplotě.
• Tato pára prochází zpětným ventilem do akumulátoru, který shromažďuje zbývající kapalinu předtím, než pára vstoupí do kompresoru. Pára se pak stlačí, čímž se zmenší její objem a dojde k jejímu zahřátí.
• Nakonec reverzní ventil posílá plyn, který je nyní horký, do vnitřní spirály, což je kondenzátor. Teplo z horkého plynu se přenáší do vnitřního vzduchu, což způsobuje kondenzaci chladiva do kapaliny. Tato kapalina se vrací do expanzního zařízení a cyklus se opakuje. Vnitřní výměník je umístěn v potrubí, v blízkosti pece.

Schopnost tepelného čerpadla přenášet teplo z venkovního vzduchu do domu závisí na venkovní teplotě. S poklesem této teploty klesá i schopnost tepelného čerpadla absorbovat teplo. Pro mnoho instalací vzduchových tepelných čerpadel to znamená, že existuje teplota (tzv. bod tepelné bilance), kdy se topný výkon tepelného čerpadla rovná tepelné ztrátě domu. Pod touto venkovní teplotou může tepelné čerpadlo dodávat pouze část tepla potřebného k udržení komfortu v obytném prostoru a je zapotřebí doplňkové teplo.

Je důležité si uvědomit, že naprostá většina vzduchových tepelných čerpadel má minimální provozní teplotu, pod kterou nejsou schopna provozu. U novějších modelů se to může pohybovat mezi -15 °C až -25 °C. Pod touto teplotou je nutné použít doplňkový systém pro vytápění budovy.

Chladicí cyklus

Výše popsaný cyklus je obrácený, aby se dům během léta ochladil. Jednotka odebírá teplo z vnitřního vzduchu a odvádí ho ven.

• Stejně jako v ohřívacím cyklu prochází kapalné chladivo expanzním zařízením a mění se na nízkotlakou směs kapalina/pára. Poté jde do vnitřní spirály, která funguje jako výparník. Kapalné chladivo absorbuje teplo z vnitřního vzduchu a vaří se a stává se z něj pára o nízké teplotě.
• Tato pára prochází zpětným ventilem do akumulátoru, který shromažďuje zbývající kapalinu, a poté do kompresoru. Pára se pak stlačí, čímž se zmenší její objem a dojde k jejímu zahřátí.
• Nakonec plyn, který je nyní horký, prochází přes reverzní ventil do venkovní spirály, která funguje jako kondenzátor. Teplo z horkého plynu se přenáší do venkovního vzduchu, což způsobuje kondenzaci chladiva do kapaliny. Tato kapalina se vrací do expanzního zařízení a cyklus se opakuje.

Během chladicího cyklu tepelné čerpadlo také odvlhčuje vnitřní vzduch. Vlhkost ze vzduchu procházejícího přes vnitřní spirálu kondenzuje na povrchu spirály a shromažďuje se v pánvi na dně spirály. Odvod kondenzátu spojuje tuto vanu s domovním odpadem.

Cyklus odmrazování

Pokud venkovní teplota klesne blízko nebo pod bod mrazu, když tepelné čerpadlo pracuje v režimu vytápění, vlhkost ve vzduchu procházejícím přes venkovní výměník na něm zkondenzuje a zamrzne. Množství námrazy závisí na venkovní teplotě a množství vlhkosti ve vzduchu.

Tato námraza snižuje účinnost výměníku snížením jeho schopnosti přenášet teplo do chladiva. V určitém okamžiku je třeba odstranit námrazu. K tomu se tepelné čerpadlo přepne do režimu odmrazování. Nejběžnější přístup je:

• Nejprve přepínací ventil přepne zařízení do režimu chlazení. To posílá horký plyn do venkovní spirály, aby rozpustil námrazu. Současně se vypne venkovní ventilátor, který normálně fouká studený vzduch přes výměník, aby se snížilo množství tepla potřebného k rozpouštění námrazy.
• Zatímco k tomu dochází, tepelné čerpadlo ochlazuje vzduch v potrubí. Topný systém by normálně tento vzduch ohříval, protože je distribuován po celém domě.

K určení, kdy jednotka přejde do režimu odmrazování, se používá jedna ze dvou metod:

• Ovládací prvky Demand-Frost monitorují proudění vzduchu, tlak chladiva, teplotu vzduchu nebo výměníku a tlakový rozdíl na venkovním výměníku, aby detekovaly akumulaci námrazy.
• Časově-teplotní odmrazování spouští a ukončuje předem nastavený intervalový časovač nebo teplotní čidlo umístěné na venkovní spirále. Cyklus lze spustit každých 30, 60 nebo 90 minut v závislosti na klimatu a konstrukci systému.

Zbytečné cykly odmrazování snižují sezónní výkon tepelného čerpadla. V důsledku toho je metoda poptávkového mrazu obecně účinnější, protože spouští odmrazovací cyklus pouze tehdy, když je to potřeba.

Doplňkové zdroje tepla

Vzhledem k tomu, že vzduchová tepelná čerpadla mají minimální venkovní provozní teplotu (mezi -15°C až -25°C) a snížený topný výkon při velmi nízkých teplotách, je důležité zvážit doplňkový zdroj vytápění pro provoz vzduchových tepelných čerpadel. Při odmrazování tepelného čerpadla může být také vyžadováno doplňkové vytápění. K dispozici jsou různé možnosti:

• All Electric: V této konfiguraci je provoz tepelného čerpadla doplněn o elektrické odporové prvky umístěné v potrubí nebo o elektrické soklové lišty. Tyto odporové prvky jsou méně účinné než tepelné čerpadlo, ale jejich schopnost zajistit vytápění je nezávislá na venkovní teplotě.
• Hybridní systém: V hybridním systému používá vzduchové tepelné čerpadlo doplňkový systém, jako je pec nebo kotel. Tuto možnost lze použít v nových instalacích a je také dobrou volbou, když se tepelné čerpadlo přidává ke stávajícímu systému, například když je tepelné čerpadlo instalováno jako náhrada za centrální klimatizaci.

Další informace o systémech, které využívají doplňkové zdroje vytápění, naleznete v poslední části této brožury Související zařízení. Zde můžete nalézt diskusi o možnostech, jak naprogramovat váš systém na přechod mezi použitím tepelného čerpadla a použití doplňkového zdroje tepla.

Úvahy o energetické účinnosti

Chcete-li podpořit porozumění této části, podívejte se na dřívější část nazvanou Úvod do účinnosti tepelného čerpadla, kde najdete vysvětlení toho, co HSPF a SEER představují.

V Kanadě předpisy o energetické účinnosti předepisují minimální sezónní účinnost vytápění a chlazení, které musí být dosaženo, aby se produkt mohl prodávat na kanadském trhu. Kromě těchto předpisů může mít vaše provincie nebo území přísnější požadavky.

Minimální výkon pro Kanadu jako celek a typické rozsahy pro produkty dostupné na trhu jsou shrnuty níže pro vytápění a chlazení. Před výběrem systému je také důležité zkontrolovat, zda ve vašem regionu neplatí nějaká další nařízení.

Sezónní výkon chlazení, SEER:

• Minimální SEER (Kanada): 14
• Rozsah, SEER na trhu dostupných produktů: 14 až 42

Topení sezónní výkon, HSPF

• Minimální HSPF (Kanada): 7,1 (pro Region V)
• Rozsah, HSPF v produktech dostupných na trhu: 7,1 až 13,2 (pro region V)

Poznámka: Faktory HSPF jsou uvedeny pro klimatickou zónu AHRI V, která má podobné klima jako Ottawa. Skutečná sezónní účinnost se může lišit v závislosti na vaší oblasti. V současné době se vyvíjí nový výkonový standard, který má lépe reprezentovat výkon těchto systémů v kanadských regionech.

Skutečné hodnoty SEER nebo HSPF závisí na řadě faktorů, které primárně souvisí s konstrukcí tepelného čerpadla. Současný výkon se za posledních 15 let výrazně změnil, a to díky novému vývoji v technologii kompresorů, konstrukci výměníků tepla a zlepšenému průtoku a řízení chladiva.

Jednorychlostní a variabilní tepelná čerpadla

Při zvažování účinnosti je zvláště důležitá úloha nových konstrukcí kompresorů při zlepšování sezónního výkonu. Typicky jsou jednotky pracující na minimální předepsané hodnotě SEER a HSPF charakterizovány jednorychlostními tepelnými čerpadly. Nyní jsou k dispozici vzduchová tepelná čerpadla s proměnnou rychlostí, která jsou navržena tak, aby měnila kapacitu systému tak, aby přesněji odpovídala požadavkům na vytápění/chlazení domu v daném okamžiku. To pomáhá udržovat špičkovou účinnost za všech okolností, včetně mírnějších podmínek, kdy je na systém nižší poptávka.

Nedávno byla na trh uvedena vzduchová tepelná čerpadla, která jsou lépe přizpůsobena provozu v chladném kanadském klimatu. Tyto systémy, často nazývané tepelná čerpadla se studeným klimatem, kombinují kompresory s proměnlivou kapacitou s vylepšenými konstrukcemi výměníků tepla a řízením, aby maximalizovaly topnou kapacitu při nižších teplotách vzduchu, při zachování vysoké účinnosti za mírnějších podmínek. Tyto typy systémů mají obvykle vyšší hodnoty SEER a HSPF, přičemž některé systémy dosahují SEER až 42 a HSPF se blíží 13.

Certifikace, standardy a stupnice hodnocení

Kanadská asociace pro standardy (CSA) v současnosti ověřuje elektrickou bezpečnost všech tepelných čerpadel. Výkonová norma specifikuje testy a testovací podmínky, při kterých se zjišťují topné a chladicí kapacity a účinnost tepelného čerpadla. Normy pro testování výkonu vzduchových tepelných čerpadel jsou CSA C656, které byly (od roku 2014) harmonizovány s ANSI/AHRI 210/240-2008, Výkonnostní hodnocení jednotkových klimatizačních a vzduchových tepelných čerpadel. Nahrazuje také CAN/CSA-C273.3-M91, výkonnostní standard pro centrální klimatizace a tepelná čerpadla s děleným systémem.

Úvahy o velikosti

Pro správnou velikost systému tepelného čerpadla je důležité porozumět potřebám vytápění a chlazení vašeho domu. Pro provedení požadovaných výpočtů se doporučuje pověřit odborníka na vytápění a chlazení. Zatížení vytápěním a chlazením by mělo být určeno pomocí uznávané metody dimenzování, jako je CSA F280-12, „Stanovení požadované kapacity spotřebičů pro vytápění a chlazení obytných prostor“.

Dimenzování vašeho systému tepelného čerpadla by mělo být provedeno podle vašeho klimatu, zatížení budovy vytápěním a chlazením a cílů vaší instalace (např. maximalizace úspor energie na vytápění vs. přemístění stávajícího systému během určitých období roku). Na pomoc s tímto procesem společnost NRCan vyvinula Průvodce dimenzováním a výběrem tepelného čerpadla vzduchového zdroje. Tato příručka spolu s doprovodným softwarovým nástrojem je určena pro energetické poradce a strojní konstruktéry a je volně dostupná, aby poskytla vodítko pro vhodné dimenzování.

Pokud je tepelné čerpadlo poddimenzované, zjistíte, že systém doplňkového vytápění bude používán častěji. Zatímco poddimenzovaný systém bude stále fungovat efektivně, nemusíte dosáhnout očekávaných úspor energie kvůli vysokému využití doplňkového topného systému.

Stejně tak v případě předimenzování tepelného čerpadla nemusí dojít k požadované úspoře energie z důvodu neefektivního provozu v mírnějších podmínkách. Zatímco systém doplňkového vytápění pracuje méně často, za teplejších okolních podmínek produkuje tepelné čerpadlo příliš mnoho tepla a jednotka se zapíná a vypíná, což vede k nepohodlí, opotřebení tepelného čerpadla a pohotovostnímu odběru elektrické energie. Pro dosažení optimálních úspor energie je proto důležité dobře rozumět své topné zátěži a provozním charakteristikám tepelného čerpadla.

Další kritéria výběru

Kromě velikosti je třeba vzít v úvahu několik dalších faktorů výkonu:

• HSPF: Vyberte jednotku s tak vysokým HSPF, jak je praktické. U jednotek se srovnatelnými hodnotami HSPF zkontrolujte jejich jmenovité hodnoty v ustáleném stavu při –8,3 °C, což je hodnota nízké teploty. Jednotka s vyšší hodnotou bude nejúčinnější ve většině regionů Kanady.
• Odmrazování: Vyberte jednotku s řízením odmrazování podle potřeby. To minimalizuje cykly odmrazování, což snižuje spotřebu doplňkové energie a energie tepelného čerpadla.
• Hodnocení zvuku: Zvuk se měří v jednotkách zvaných decibely (dB). Čím nižší je hodnota, tím nižší je akustický výkon vydávaný venkovní jednotkou. Čím vyšší je úroveň decibelů, tím vyšší je hluk. Většina tepelných čerpadel má hlučnost 76 dB nebo nižší.

Pokyny k instalaci

Tepelná čerpadla vzduch-voda by měl instalovat kvalifikovaný dodavatel. Poraďte se s odborníkem na místní vytápění a chlazení ohledně velikosti, instalace a údržby vašeho zařízení, abyste zajistili efektivní a spolehlivý provoz. Pokud uvažujete o implementaci tepelného čerpadla, které by nahradilo nebo doplnilo vaši centrální pec, měli byste si být vědomi toho, že tepelná čerpadla obecně pracují s vyššími průtoky vzduchu než systémy pecí. V závislosti na velikosti vašeho nového tepelného čerpadla mohou být nutné některé úpravy vašeho potrubí, aby se zabránilo zvýšenému hluku a spotřebě energie ventilátoru. Váš dodavatel vám poskytne pokyny pro váš konkrétní případ.

Náklady na instalaci vzduchového tepelného čerpadla závisí na typu systému, cílech vašeho návrhu a jakémkoli stávajícím topném zařízení a potrubí ve vašem domě. V některých případech mohou být pro podporu vaší nové instalace tepelného čerpadla nutné dodatečné úpravy potrubí nebo elektrických rozvodů.

Provozní úvahy

Při provozu tepelného čerpadla byste měli mít na paměti několik důležitých věcí:

• Optimalizujte nastavené hodnoty tepelného čerpadla a doplňkového systému. Pokud máte elektrický doplňkový systém (např. soklové lišty nebo odporové prvky v potrubí), ujistěte se, že pro svůj doplňkový systém používáte nižší nastavenou teplotu. To pomůže maximalizovat množství tepla, které tepelné čerpadlo poskytuje vašemu domu, a sníží vaši spotřebu energie a účty za energie. Doporučuje se nastavená hodnota o 2 °C až 3 °C pod nastavenou hodnotou teploty vytápění tepelného čerpadla. Optimální nastavenou hodnotu pro váš systém konzultujte se svým instalačním dodavatelem.
• Nastavte si efektivní odmrazování. Spotřebu energie můžete snížit tím, že svůj systém nastavíte tak, aby během cyklů odmrazování vypínal vnitřní ventilátor. To může provést váš instalační technik. Je však důležité si uvědomit, že odmrazování může s tímto nastavením trvat o něco déle.
• Minimalizujte poklesy teploty. Tepelná čerpadla mají pomalejší odezvu než pecní systémy, takže obtížněji reagují na hluboké poklesy teploty. Měly by být použity mírné poklesy ne více než 2 °C nebo by měl být použit „chytrý“ termostat, který systém včas zapne, v očekávání zotavení z útlumu. Optimální útlumovou teplotu pro váš systém opět konzultujte se svým instalačním dodavatelem.
• Optimalizujte směr proudění vzduchu. Pokud máte nástěnnou vnitřní jednotku, zvažte nastavení směru proudění vzduchu, abyste maximalizovali své pohodlí. Většina výrobců doporučuje směrovat proudění vzduchu při topení směrem dolů a při chlazení směrem k cestujícím.
• Optimalizujte nastavení ventilátoru. Nezapomeňte také upravit nastavení ventilátoru, abyste maximalizovali pohodlí. Pro maximalizaci tepla dodávaného tepelným čerpadlem se doporučuje nastavit rychlost ventilátoru na vysokou nebo „Auto“. Při chlazení, aby se také zlepšilo odvlhčování, se doporučuje „nízká“ rychlost ventilátoru.

Úvahy o údržbě

Správná údržba je zásadní pro zajištění efektivního, spolehlivého provozu a dlouhé životnosti vašeho tepelného čerpadla. Měli byste nechat provést každoroční údržbu vaší jednotky kvalifikovaným dodavatelem, aby bylo zajištěno, že je vše v dobrém provozním stavu.

Kromě roční údržby existuje několik jednoduchých věcí, které můžete udělat pro zajištění spolehlivého a efektivního provozu. Nezapomeňte vyměnit nebo vyčistit vzduchový filtr každé 3 měsíce, protože ucpané filtry sníží průtok vzduchu a sníží účinnost vašeho systému. Také se ujistěte, že ventilační otvory a vzduchové registry ve vaší domácnosti nejsou blokovány nábytkem nebo koberci, protože nedostatečné proudění vzduchu do nebo z vaší jednotky může zkrátit životnost zařízení a snížit účinnost systému.

Provozní náklady

Úspora energie díky instalaci tepelného čerpadla může pomoci snížit vaše měsíční účty za energii. Dosažení snížení vašich účtů za energii do značné míry závisí na ceně elektřiny ve vztahu k ostatním palivům, jako je zemní plyn nebo topný olej, a v aplikacích retrofitu na tom, jaký typ systému se vyměňuje.

Tepelná čerpadla jsou obecně dražší ve srovnání s jinými systémy, jako jsou pece nebo elektrické podlahové desky, kvůli počtu součástí v systému. V některých regionech a případech lze tyto dodatečné náklady získat zpět v relativně krátkém časovém období prostřednictvím úspor nákladů na energie. V jiných regionech však mohou různé sazby za služby tuto dobu prodloužit. Je důležité ve spolupráci se svým dodavatelem nebo energetickým poradcem získat odhad ekonomiky tepelných čerpadel ve vaší oblasti a potenciálních úspor, kterých můžete dosáhnout.

Předpokládaná životnost a záruky

Tepelná čerpadla vzduch-voda mají životnost 15 až 20 let. Kompresor je kritickou součástí systému.

Na většinu tepelných čerpadel se vztahuje jednoletá záruka na díly a práci a další pětiletá až desetiletá záruka na kompresor (pouze na díly). Záruky se však mezi jednotlivými výrobci liší, proto zkontrolujte drobný tisk.

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.