Fűtés és hűtés hőszivattyúval – 1. rész

Bevezetés

Ha otthona fűtésére és hűtésére vagy energiaszámláinak csökkentésére irányuló lehetőségeket keres, érdemes lehet hőszivattyús rendszert választani. A hőszivattyúk bevált és megbízható technológia Kanadában, amely egész évben képes komfortszabályozást biztosítani otthonában, télen hőellátással, nyáron hűtéssel, illetve bizonyos esetekben meleg víz fűtésével otthonában.

A hőszivattyúk kiváló választást jelenthetnek a legkülönfélébb alkalmazásokhoz, új otthonokhoz és meglévő fűtési és hűtési rendszerek utólagos felszereléséhez egyaránt. A meglévő klímarendszerek cseréjekor is választhatóak, mivel a csak hűtési rendszerről a hőszivattyúra való átállás többletköltsége gyakran meglehetősen alacsony. A különféle rendszertípusok és opciók gazdagsága miatt gyakran nehéz eldönteni, hogy a hőszivattyú a megfelelő választás-e otthonában.

Ha hőszivattyút fontolgat, valószínűleg számos kérdése van, többek között:

• Milyen típusú hőszivattyúk állnak rendelkezésre?
• Az éves fűtési és hűtési szükségletemből mennyit képes egy hőszivattyú biztosítani?
• Milyen méretű hőszivattyúra van szükségem otthonomhoz és alkalmazásomhoz?
• Mennyibe kerülnek a hőszivattyúk más rendszerekhez képest, és mennyit takaríthatok meg az energiaszámlámon?
• Kell-e további módosításokat végeznem az otthonomon?
• Mennyi szervizelést igényel a rendszer?

Ez a füzet fontos tényeket közöl a hőszivattyúkkal kapcsolatban, hogy tájékozottabb legyen, és segítsen a megfelelő választásban otthona számára. Ez a füzet útmutatóként használja ezeket a kérdéseket, és leírja a hőszivattyúk leggyakoribb típusait, és tárgyalja a hőszivattyú kiválasztásával, telepítésével, üzemeltetésével és karbantartásával kapcsolatos tényezőket.

Célközönség

Ez a füzet azoknak a lakástulajdonosoknak szól, akik háttér-információkat keresnek a hőszivattyús technológiákról, hogy támogassák a megalapozott döntéshozatalt a rendszer kiválasztásával és integrációjával, üzemeltetésével és karbantartásával kapcsolatban. Az itt közölt információk általánosak, a konkrét részletek a telepítéstől és a rendszer típusától függően változhatnak. Ez a füzet nem helyettesítheti a vállalkozóval vagy energetikai tanácsadóval folytatott munkát, akik gondoskodnak arról, hogy a telepítés megfeleljen az Ön igényeinek és a kívánt céloknak.

Megjegyzés az otthoni energiagazdálkodásról

A hőszivattyúk nagyon hatékony fűtési és hűtési rendszerek, és jelentősen csökkenthetik az energiaköltségeket. Ha az otthonról mint rendszerről gondolkodunk, ajánlatos minimalizálni az otthonából származó hőveszteséget olyan területeken, mint a légszivárgás (repedéseken, lyukakon keresztül), a rosszul szigetelt falak, mennyezetek, ablakok és ajtók.

Ha először megoldja ezeket a problémákat, akkor kisebb méretű hőszivattyút használhat, ezáltal csökkentheti a hőszivattyú berendezések költségeit, és lehetővé teszi a rendszer hatékonyabb működését.

Számos publikáció elérhető a Natural Resources Canada-tól, amelyek elmagyarázzák, hogyan kell ezt megtenni.

Mi az a hőszivattyú, és hogyan működik?

A hőszivattyúk bevált technológia, amelyet évtizedek óta használnak Kanadában és világszerte is, hogy hatékonyan biztosítsák az épületek fűtését, hűtését és bizonyos esetekben melegvízellátását. Valójában valószínűleg napi szinten foglalkozik a hőszivattyús technológiával: a hűtőszekrények és a klímaberendezések ugyanazon elvek és technológia alapján működnek. Ez a rész bemutatja a hőszivattyú működésének alapjait, és bemutatja a különböző rendszertípusokat.

A hőszivattyú alapfogalmai

A hőszivattyú egy elektromos meghajtású berendezés, amely alacsony hőmérsékletű helyről (forrásból) vonja ki a hőt, és egy magasabb hőmérsékletű helyre (mosogatóba) szállítja.

Ennek a folyamatnak a megértéséhez gondoljon egy dombon való kerékpározásra: Nem kell erőfeszítést tenni a domb tetejétől az aljáig, mivel a kerékpáros és a lovas természetesen halad a magas helyről az alacsonyabbra. A hegyre való feljutás azonban sokkal több munkát igényel, mivel a kerékpár a természetes mozgási irány ellenében halad.

Hasonló módon a hő természetesen a magasabb hőmérsékletű helyekről áramlik az alacsonyabb hőmérsékletű helyekre (pl. télen az épület belsejéből a hő kifelé távozik). A hőszivattyú további elektromos energiát használ fel a természetes hőáramlás ellen, és a hidegebb helyen rendelkezésre álló energiát melegebbre pumpálja.

Tehát hogyan fűti vagy hűti otthonát a hőszivattyú? Amikor egy forrásból energiát nyernek ki, a forrás hőmérséklete csökken. Ha az otthont használják forrásként, a hőenergia eltávolításra kerül, lehűtve ezt a teret. Így működik a hőszivattyú hűtés üzemmódban, és ugyanezt az elvet használják a klímaberendezések és a hűtőszekrények. Hasonlóképpen, amikor energiát adnak a mosogatóhoz, a hőmérséklete nő. Ha az otthont mosogatóként használják, hőenergiát adnak hozzá, felfűtve a teret. A hőszivattyú teljesen reverzibilis, ami azt jelenti, hogy egyszerre fűtheti és hűtheti otthonát, így egész évben kényelmet biztosít.

Hőszivattyúk forrásai és nyelői

A hőszivattyús rendszer forrásának és nyelőjének kiválasztása nagyban meghatározza a rendszer teljesítményét, tőkeköltségeit és működési költségeit. Ez a rész rövid áttekintést nyújt a kanadai lakossági alkalmazások általános forrásairól és nyelőiről.

Források: Kanadában két hőenergia-forrást használnak leggyakrabban az otthonok hőszivattyús fűtésére:

• Levegőforrás: A hőszivattyú fűtési szezonban a külső levegőből vonja ki a hőt, a nyári hűtési szezonban pedig visszautasítja a külső hőt.
• Meglepő lehet tudni, hogy még hideg külső hőmérséklet mellett is jó mennyiségű energia áll rendelkezésre, amelyet ki lehet nyerni és az épületbe szállítani. Például a levegő hőtartalma -18°C-on a 21°C-on lévő hő 85%-ának felel meg. Ez lehetővé teszi, hogy a hőszivattyú jó mennyiségű fűtést biztosítson még hidegebb időben is.
• A levegőforrás-rendszerek a legelterjedtebbek a kanadai piacon, Kanadában több mint 700 000 telepített egységgel.
• Az ilyen típusú rendszereket részletesebben a Levegőforrásos hőszivattyúk című fejezet tárgyalja.
• Földi forrás: A földi hőszivattyú a földet, a talajvizet vagy mindkettőt hőforrásként használja télen, nyáron pedig tárolóként használja fel a lakásból eltávolított hőt.
• Ezek a hőszivattyúk kevésbé elterjedtek, mint a levegős egységek, de egyre szélesebb körben használják Kanada minden tartományában. Elsődleges előnyük, hogy nincsenek kitéve az extrém hőmérséklet-ingadozásoknak, állandó hőmérsékletű forrásként a talajt használják, így a legenergiahatékonyabb típusú hőszivattyús rendszert kapják.
• Az ilyen típusú rendszereket részletesebben a Földi hőszivattyúk című fejezet tárgyalja.

Mosogatók: Kanadában két hőenergiát biztosító mosdót használnak leggyakrabban hőszivattyús otthonok fűtésére:

• A beltéri levegőt a hőszivattyú melegíti fel. Ez megtehető: Az épületen belüli víz felmelegszik. Ez a víz ezután felhasználható terminálrendszerek, például radiátorok, sugárzó padló vagy fan-coil egységek kiszolgálására hidraulikus rendszeren keresztül.
  • Központi légcsatornás rendszer ill
  • Légcsatorna nélküli beltéri egység, például falra szerelhető egység.

Bevezetés a hőszivattyúk hatékonyságába

A kemencék és kazánok úgy biztosítják a helyiség fűtését, hogy egy tüzelőanyag, például földgáz vagy fűtőolaj elégetésével hőt adnak a levegőhöz. Bár a hatásfok folyamatosan javult, még mindig 100% alatt marad, ami azt jelenti, hogy az égésből származó energiát nem használják fel a levegő felmelegítésére.

A hőszivattyúk más elven működnek. A hőszivattyúba bevitt villamos energia a hőenergia átvitelére szolgál két hely között. Ez lehetővé teszi a hőszivattyú hatékonyabb működését, a tipikus hatásfok jóval meghaladja

100%, azaz több hőenergia keletkezik, mint amennyi elektromos energiát felhasználnak a szivattyúzáshoz.

Fontos megjegyezni, hogy a hőszivattyú hatásfoka nagymértékben függ a forrás és a mosogató hőmérsékletétől. Csakúgy, mint egy meredekebb dombon nagyobb erőfeszítést igényel a kerékpárra való felkapaszkodás, a hőszivattyú forrása és mosogatója közötti nagyobb hőmérséklet-különbségek miatt erősebben kell dolgoznia, és csökkentheti a hatékonyságot. A szezonális hatékonyság maximalizálása érdekében kritikus fontosságú a hőszivattyú megfelelő méretének meghatározása. Ezeket a szempontokat részletesebben a Levegő-hőszivattyúk és a Föld-hőszivattyúk fejezetek tárgyalják.

Hatékonysági terminológia

A gyártói katalógusokban számos hatékonysági mérőszámot használnak, amelyek kissé zavaróvá tehetik a rendszer teljesítményének megértését az első vásárló számára. Az alábbiakban néhány gyakran használt hatékonysági kifejezés lebontása látható:

Állandósult állapotú mérőszámok: Ezek a mérőszámok a hőszivattyú hatásfokát írják le „stacionárius állapotban”, azaz az évszak és a hőmérséklet valós ingadozása nélkül. Így értékük jelentősen változhat a forrás és a nyelő hőmérsékletének, valamint az egyéb működési paramétereknek a változásával. Az állandó állapotú mutatók a következők:

Teljesítménytényező (COP): A COP a hőszivattyú hőenergia-átadási sebessége (kW-ban) és a szivattyúzáshoz szükséges elektromos teljesítmény (kW-ban) közötti arány. Például, ha egy hőszivattyú 1 kW elektromos energiát használ fel 3 kW hő átvitelére, a COP 3 lenne.

Energiahatékonysági arány (EER): Az EER hasonló a COP-hoz, és a hőszivattyú állandósult állapotú hűtési hatékonyságát írja le. Ezt úgy határozzák meg, hogy elosztják a hőszivattyú Btu/h-ban megadott hűtési teljesítményét a Wattban (W) megadott elektromos energiával egy adott hőmérsékleten. Az EER szigorúan az állandósult hűtési hatékonyság leírásához kapcsolódik, ellentétben a COP-val, amely a hőszivattyú fűtési és hűtési hatékonyságának kifejezésére használható.

Szezonális teljesítménymutatók: Ezek a mérőszámok arra szolgálnak, hogy jobb becslést adjanak a fűtési vagy hűtési szezonban elért teljesítményről, az évszakonkénti hőmérséklet-ingadozások „valódi életben” figyelembevételével.

A szezonális mutatók a következők:

• Fűtési szezonális teljesítménytényező (HSPF): A HSPF annak az aránya, hogy a hőszivattyú mennyi energiát szállít az épületnek a teljes fűtési szezonban (Btu-ban), és az ugyanazon időszak alatt felhasznált teljes energiához (Wattóra).

A hosszú távú éghajlati viszonyok időjárási adatait használják a fűtési szezon reprezentálására a HSPF kiszámításakor. Ez a számítás azonban jellemzően egyetlen régióra korlátozódik, és előfordulhat, hogy nem tükrözi teljes mértékben Kanadában a teljesítményt. Egyes gyártók kérésre biztosítanak HSPF-t egy másik éghajlati régióhoz; azonban jellemzően a HSPF-eket a 4. régióban jelentették, amely az USA középnyugatihoz hasonló éghajlatot képvisel. Az 5. régió lefedi Kanada tartományainak legtöbb déli felét, a Kr.e. belső részétől New BrunswickFootnote1-ig.

• Szezonális energiahatékonysági arány (SEER): A SEER méri a hőszivattyú hűtési hatékonyságát a teljes hűtési szezonban. Ezt úgy határozzák meg, hogy a hűtési szezonban biztosított teljes hűtést (Btu-ban) elosztják a hőszivattyú által ez idő alatt felhasznált teljes energiával (Watt-órában). A SEER olyan éghajlaton alapul, ahol az átlagos nyári hőmérséklet 28°C.

A hőszivattyús rendszerek fontos terminológiája

Íme néhány gyakori kifejezés, amellyel a hőszivattyúk vizsgálata során találkozhat.

A hőszivattyú rendszer elemei

A hűtőközeg az a folyadék, amely a hőszivattyún keresztül kering, felváltva elnyeli, szállítja és leadja a hőt. Helyétől függően a folyadék lehet folyékony, gáz halmazállapotú vagy gáz/gőz keverék

Az irányváltó szelep szabályozza a hűtőközeg áramlási irányát a hőszivattyúban, és átállítja a hőszivattyút fűtésről hűtési üzemmódra, vagy fordítva.

A tekercs egy csőhurok vagy hurkok, ahol hőátadás történik a forrás/nyelő és a hűtőközeg között. A csőben bordák lehetnek, amelyek növelik a hőcserére rendelkezésre álló felületet.

Az elpárologtató egy tekercs, amelyben a hűtőközeg hőt vesz fel a környezetéből, és alacsony hőmérsékletű gőzzé forr. Amikor a hűtőközeg a visszaváltó szelepből a kompresszorba halad, az akkumulátor összegyűjti a felesleges folyadékot, amely nem párolgott el gázzá. Nem minden hőszivattyúnak van azonban akkumulátora.

A kompresszor összenyomja a hűtőközeg gáz molekuláit, növelve a hűtőközeg hőmérsékletét. Ez az eszköz segít a hőenergia átvitelében a forrás és a mosogató között.

A kondenzátor egy tekercs, amelyben a hűtőközeg hőt bocsát ki a környezetébe, és folyadékká válik.

A tágulási eszköz csökkenti a kompresszor által létrehozott nyomást. Ez a hőmérséklet csökkenését okozza, és a hűtőközeg alacsony hőmérsékletű gőz/folyadék keverékké válik.

A kültéri egység az, ahol a hőt a külső levegőbe/levegőből egy levegő-forrású hőszivattyú továbbítja. Ez az egység általában egy hőcserélő tekercset, egy kompresszort és egy expanziós szelepet tartalmaz. Ugyanúgy néz ki és működik, mint egy légkondicionáló kültéri része.

A beltéri hőcserélő az a hely, ahol bizonyos típusú levegős hőszivattyúkban hőt adnak át a beltéri levegőbe/levegőből. Általában a beltéri egység tartalmaz egy hőcserélő tekercset, és tartalmazhat egy kiegészítő ventilátort is, amely a felmelegített vagy hűtött levegőt keringeti a lakott térbe.

A légtér, amely csak légcsatornás rendszerekben látható, a levegőelosztó hálózat része. A légkamra egy légkamra, amely a fűtött vagy hűtött levegő házon keresztüli elosztására szolgáló rendszer részét képezi. Általában egy nagy rekesz közvetlenül a hőcserélő felett vagy körül.

Egyéb feltételek

A kapacitás vagy az energiafelhasználás mértékegységei:

• A Btu/h vagy brit termikus egység óránként egy fűtési rendszer hőteljesítményének mérésére szolgáló mértékegység. Egy Btu egy tipikus születésnapi gyertya által leadott hőenergia mennyisége. Ha ez a hőenergia egy óra leforgása alatt szabadulna fel, az egy Btu/h-nak felelne meg.
• Egy kW vagy kilowatt 1000 wattnak felel meg. Ennyi teljesítményt igényel tíz 100 wattos izzó.
• A tonna a hőszivattyú teljesítményének mértéke. Ez 3,5 kW-nak vagy 12 000 Btu/h-nak felel meg.

Levegőforrású hőszivattyúk

A levegős hőszivattyúk a kültéri levegőt fűtési üzemmódban hőenergia-forrásként használják fel, hűtési üzemmódban pedig nyelőként használják fel az energiát. Az ilyen típusú rendszereket általában két kategóriába sorolhatjuk:

Levegő-levegő hőszivattyúk. Ezek az egységek melegítik vagy hűtik az otthonában lévő levegőt, és Kanadában a levegő-hőszivattyú-integrációk túlnyomó többségét képviselik. A telepítés típusa szerint tovább osztályozhatók:

• Csatornás: A hőszivattyú beltéri hőcserélője egy csatornában található. A levegő felmelegítése vagy hűtése a tekercsen áthaladva történik, mielőtt a légcsatornán keresztül eloszlik az otthon különböző helyeire.
• Ductless: A hőszivattyú beltéri hőcserélője egy beltéri egységben található. Ezek a beltéri egységek általában egy lakott tér padlóján vagy falán helyezkednek el, és közvetlenül az adott térben fűtik vagy hűtik a levegőt. Ezek között az egységek között előfordulhat a mini- és a multi-split kifejezés:
  • Mini-Split: egyetlen beltéri egység található az otthonon belül, amelyet egyetlen kültéri egység szolgál ki.
  • Multi-Split: Több beltéri egység található az otthonban, és egyetlen kültéri egység szolgálja ki őket.

A levegő-levegő rendszerek hatékonyabbak, ha a belső és a külső hőmérséklet különbség kisebb. Emiatt a levegő-levegő hőszivattyúk általában úgy próbálják optimalizálni hatékonyságukat, hogy nagyobb mennyiségű meleg levegőt bocsátanak rendelkezésre, és ezt a levegőt alacsonyabb hőmérsékletre (általában 25 és 45°C közé) melegítik. Ez ellentétben áll a kemencerendszerekkel, amelyek kisebb mennyiségű levegőt szállítanak, de ezt a levegőt magasabb hőmérsékletre (55 °C és 60 °C között) melegítik. Ha kemencés hőszivattyúra vált, ezt észreveheti, amikor elkezdi használni új hőszivattyúját.

Levegő-víz hőszivattyúk: Kanadában kevésbé elterjedt, a levegő-víz hőszivattyúk vizet melegítenek vagy hűtenek, és olyan otthonokban használatosak, ahol hidraulikus (vízalapú) elosztórendszerek vannak, például alacsony hőmérsékletű radiátorok, sugárzó padlók vagy fan coil egységek. Fűtés üzemmódban a hőszivattyú szolgáltatja a hőenergiát a hidraulikai rendszernek. Ez a folyamat hűtési üzemmódban megfordul, és a hőenergiát kivonják a hidraulikus rendszerből, és visszautasítják a kültéri levegőbe.

A hidraulikai rendszer üzemi hőmérséklete kritikus a levegő-víz hőszivattyúk értékelésekor. A levegő-víz hőszivattyúk hatékonyabban működnek, ha a vizet alacsonyabb hőmérsékletre, azaz 45-50°C alá melegítik, és mint ilyenek, jobban illeszkednek a sugárzó padlókhoz vagy fan coil rendszerekhez. Óvatosan kell eljárni, ha olyan magas hőmérsékletű radiátorokkal használja, amelyek 60°C feletti vízhőmérsékletet igényelnek, mivel ezek a hőmérsékletek általában meghaladják a legtöbb lakossági hőszivattyú határértékét.

A levegős hőszivattyúk fő előnyei

A levegős hőszivattyú telepítése számos előnnyel járhat. Ez a rész azt mutatja be, hogy a levegős hőszivattyúk hogyan javíthatják a háztartási energialábnyomot.

Hatékonyság

A levegős hőszivattyú használatának fő előnye a fűtésben nyújtott magas hatásfok az olyan tipikus rendszerekhez képest, mint a kemencék, kazánok és elektromos alaplapok. 8°C-on a levegős hőszivattyúk teljesítménytényezője (COP) jellemzően 2,0 és 5,4 között mozog. Ez azt jelenti, hogy az 5 COP-os egységek esetében 5 kilowattóra (kWh) hőt adnak át a hőszivattyúnak szolgáltatott minden kWh villamos energia után. Ahogy a külső levegő hőmérséklete csökken, a COP-k alacsonyabbak, mivel a hőszivattyúnak nagyobb hőmérséklet-különbségen kell működnie a beltéri és a kültéri tér között. –8°C-on a COP 1,1 és 3,7 között mozoghat.

Szezonális alapon a piacon elérhető egységek fűtési szezonális teljesítménytényezője (HSPF) 7,1 és 13,2 között változhat (V. régió). Fontos megjegyezni, hogy ezek a HSPF-becslések egy Ottawához hasonló éghajlatú területre vonatkoznak. A tényleges megtakarítás nagymértékben függ a hőszivattyú telepítésének helyétől.

Energiamegtakarítás

A hőszivattyú nagyobb hatásfoka jelentős energiafelhasználás-csökkenést eredményezhet. A ház tényleges megtakarítása számos tényezőtől függ, beleértve a helyi klímát, a jelenlegi rendszer hatékonyságát, a hőszivattyú méretét és típusát, valamint a szabályozási stratégiát. Számos online számológép áll rendelkezésre, amelyek gyors becslést adnak arról, hogy mennyi energiamegtakarításra számíthat az adott alkalmazásnál. Az NRCan ASHP-Eval eszköze szabadon elérhető, és a telepítők és a gépészeti tervezők használhatják, hogy tanácsot adjanak az Ön helyzetéhez.

Hogyan működik a levegős hőszivattyú?

Átirat

A levegős hőszivattyúnak három ciklusa van:

• Fűtési ciklus: Az épület hőenergiájának biztosítása
• A hűtési ciklus: hőenergia eltávolítása az épületből
• A leolvasztási ciklus: dér eltávolítása
• felhalmozódás a kültéri tekercseken

A fűtési ciklus

Megjegyzés:

A cikkek egy része az internetről származik. Ha bármilyen jogsértést észlel, kérjük, lépjen kapcsolatba velünk, hogy töröljük. Ha érdekli a hőszivattyús termékek, forduljon bizalommal az OSB hőszivattyú céghez, mi vagyunk a legjobb választás.