Fűtés és hűtés hőszivattyúval – 2. rész

A fűtési ciklus során a hőt a kültéri levegőből veszik fel, és beltérbe "szivattyúzzák".

• Először a folyékony hűtőközeg áthalad a tágulási eszközön, és alacsony nyomású folyadék/gőz keverékké változik. Ezután a kültéri tekercshez megy, amely elpárologtató tekercsként működik. A folyékony hűtőközeg hőt vesz fel a kültéri levegőből és felforr, alacsony hőmérsékletű gőzzé válik.
• Ez a gőz az irányváltó szelepen keresztül az akkumulátorhoz jut, amely összegyűjti a maradék folyadékot, mielőtt a gőz belép a kompresszorba. A gőz ezután összenyomódik, csökkentve a térfogatát és felmelegszik.
• Végül az irányváltó szelep továbbítja a most forró gázt a beltéri hőcserélőhöz, amely a kondenzátor. A forró gáz hője a beltéri levegőbe kerül, így a hűtőközeg folyadékká kondenzálódik. Ez a folyadék visszatér a tágulási eszközbe, és a ciklus megismétlődik. A beltéri tekercs a csővezetékben, a kemence közelében található.

A külső levegő hőmérsékletétől függ a hőszivattyú azon képessége, hogy a külső levegőből hőt adjon át a háznak. Ennek a hőmérsékletnek a csökkenésével a hőszivattyú hőelnyelő képessége is csökken. Sok levegős hőszivattyús rendszernél ez azt jelenti, hogy van egy hőmérséklet (az úgynevezett termikus egyensúlyi pont), amikor a hőszivattyú fűtőteljesítménye megegyezik a ház hőveszteségével. Ez alatt a külső környezeti hőmérséklet alatt a hőszivattyú a lakótér komfortérzetének fenntartásához szükséges hőnek csak egy részét tudja szolgáltatni, és pótfűtésre van szükség.

Fontos megjegyezni, hogy a levegős hőszivattyúk túlnyomó többségének van egy minimális üzemi hőmérséklete, amely alatt nem tud működni. Az újabb modelleknél ez -15°C és -25°C között változhat. Ez alatt a hőmérséklet alatt egy kiegészítő rendszert kell alkalmazni az épület fűtésére.

A hűtési ciklus

A fent leírt ciklus megfordul, hogy nyáron lehűtse a házat. Az egység hőt vesz ki a beltéri levegőből, és kivezeti azt kívülről.

• A fűtési ciklushoz hasonlóan a folyékony hűtőközeg áthalad a tágulási eszközön, és alacsony nyomású folyadék/gőz keverékké változik. Ezután a beltéri tekercshez megy, amely elpárologtatóként működik. A folyékony hűtőközeg hőt vesz fel a beltéri levegőből és felforr, alacsony hőmérsékletű gőzzé válik.
• Ez a gőz az irányváltó szelepen keresztül az akkumulátorba jut, amely összegyűjti a maradék folyadékot, majd a kompresszorba. A gőz ezután összenyomódik, csökkentve a térfogatát és felmelegszik.
• Végül a most már forró gáz az irányváltó szelepen keresztül a kültéri tekercsbe jut, amely kondenzátorként működik. A forró gáz hője a kültéri levegőbe kerül, így a hűtőközeg folyadékká kondenzálódik. Ez a folyadék visszatér a tágulási eszközbe, és a ciklus megismétlődik.

A hűtési ciklus alatt a hőszivattyú a beltéri levegőt is párátlanítja. A beltéri tekercsen áthaladó levegőben lévő nedvesség a tekercs felületén lecsapódik, és a tekercs alján lévő edénybe gyűlik össze. Ezt a serpenyőt kondenzvíz-elvezető köti össze a ház lefolyójával.

A leolvasztási ciklus

Ha a külső hőmérséklet fagypont közelébe vagy fagypont alá esik, amikor a hőszivattyú fűtési üzemmódban működik, a külső hőcserélőn áthaladó levegő nedvessége lecsapódik és ráfagy. A fagyképződés mértéke a külső hőmérséklettől és a levegő nedvességtartalmától függ.

Ez a dérképződés csökkenti a hőcserélő hatékonyságát azáltal, hogy csökkenti annak képességét, hogy hőt adjon át a hűtőközegnek. Valamikor el kell távolítani a fagyot. Ehhez a hőszivattyú leolvasztás üzemmódba kapcsol. A leggyakoribb megközelítés a következő:

• Először az irányváltó szelep hűtési módba kapcsolja a készüléket. Ez forró gázt küld a kültéri tekercsbe, hogy megolvasztja a fagyot. Ezzel egyidejűleg a kültéri ventilátor, amely általában hideg levegőt fúj a tekercs fölé, lekapcsol, hogy csökkentse a fagy megolvasztásához szükséges hőmennyiséget.
• Amíg ez megtörténik, a hőszivattyú hűti a levegőt a légcsatornában. A fűtési rendszer általában felmelegíti ezt a levegőt, mivel az az egész házban eloszlik.

A két módszer egyike használható annak meghatározására, hogy az egység mikor vált leolvasztás üzemmódba:

• A fagyigény-vezérlők figyelik a légáramlást, a hűtőközeg nyomását, a levegő vagy a hőcserélő hőmérsékletét és a kültéri hőcserélőn keresztüli nyomáskülönbséget, hogy észleljék a fagy felgyülemlését.
• Az idő-hőmérsékletű leolvasztást egy előre beállított időzítő vagy a külső tekercsen elhelyezett hőmérséklet-érzékelő indítja el és fejezi be. A ciklus 30, 60 vagy 90 percenként indítható, az éghajlattól és a rendszer kialakításától függően.

A szükségtelen leolvasztási ciklusok csökkentik a hőszivattyú szezonális teljesítményét. Ennek eredményeként az igény-fagy módszer általában hatékonyabb, mivel csak akkor indítja el a leolvasztási ciklust, amikor szükséges.

Kiegészítő hőforrások

Mivel a levegős hőszivattyúk minimális külső üzemi hőmérséklettel (-15°C és -25°C között) rendelkeznek, és nagyon hideg hőmérsékleten csökkentett fűtőteljesítményűek, ezért fontos, hogy a levegő-hőszivattyús működéshez kiegészítő fűtési forrást vegyenek figyelembe. Kiegészítő fűtésre akkor is szükség lehet, amikor a hőszivattyú leolvasztja. Különböző lehetőségek állnak rendelkezésre:

• Teljesen elektromos: Ebben a konfigurációban a hőszivattyú működését a csővezetékben elhelyezett elektromos ellenállás elemekkel vagy elektromos alaplapokkal egészítik ki. Ezek az ellenálláselemek kevésbé hatékonyak, mint a hőszivattyú, de fűtési képességük független a külső hőmérséklettől.
• Hibrid rendszer: Hibrid rendszerben a levegős hőszivattyú kiegészítő rendszert használ, például kemencét vagy kazánt. Ez az opció használható új telepítéseknél, és akkor is jó megoldás, ha egy meglévő rendszerhez hőszivattyút adnak, például amikor hőszivattyút szerelnek be a központi légkondicionáló helyett.

A kiegészítő fűtési forrásokat használó rendszerekkel kapcsolatos további információkért lásd a füzet utolsó, Kapcsolódó berendezések című részét. Itt megvitathatja, hogyan programozhatja be a rendszert a hőszivattyú-használat és a kiegészítő hőforrás használat közötti átmenetre.

Energiahatékonysági szempontok

A szakasz megértésének elősegítése érdekében olvassa el a korábbi Bevezetés a hőszivattyúk hatékonyságába című részt, amely elmagyarázza, mit jelentenek a HSPF-ek és a SEER-ek.

Kanadában az energiahatékonysági előírások előírják azt a minimális szezonális fűtési és hűtési hatékonyságot, amelyet el kell érni ahhoz, hogy a terméket a kanadai piacon értékesítsék. Ezen előírásokon túlmenően az Ön tartománya vagy területe szigorúbb követelményeket is támaszthat.

Az alábbiakban összefoglaljuk a Kanada egészére vonatkozó minimális teljesítményt és a piacon elérhető termékek tipikus tartományait a fűtésre és hűtésre vonatkozóan. A rendszer kiválasztása előtt azt is fontos ellenőrizni, hogy vannak-e érvényben további szabályozások az Ön régiójában.

Hűsítő szezonális teljesítmény, SEER:

• Minimális SEER (Kanada): 14
• Tartomány, SEER a piacon elérhető termékekben: 14-42

Fűtési szezonális teljesítmény, HSPF

• Minimális HSPF (Kanada): 7,1 (V. régióhoz)
• Tartomány, HSPF a piacon elérhető termékekben: 7,1–13,2 (V. régióhoz)

Megjegyzés: A HSPF-tényezők az AHRI V éghajlati zónához tartoznak, amelynek éghajlata hasonló Ottawához. A tényleges szezonális hatékonyság régiónként változhat. Jelenleg fejlesztés alatt áll egy új teljesítményszabvány, amelynek célja, hogy jobban tükrözze e rendszerek teljesítményét a kanadai régiókban.

A tényleges SEER vagy HSPF értékek számos tényezőtől függenek, amelyek elsősorban a hőszivattyú tervezésével kapcsolatosak. A jelenlegi teljesítmény jelentősen javult az elmúlt 15 év során a kompresszortechnológia új fejlesztéseinek, a hőcserélő kialakításának, valamint a hűtőközeg-áramlás és -szabályozás javításának köszönhetően.

Egysebességű és változtatható sebességű hőszivattyúk

A hatékonyság szempontjából különösen fontos az új kompresszor-konstrukciók szerepe a szezonális teljesítmény javításában. A minimálisan előírt SEER és HSPF mellett működő egységeket jellemzően egysebességű hőszivattyúk jellemzik. Ma már kaphatók változtatható fordulatszámú levegős hőszivattyúk, amelyek úgy vannak kialakítva, hogy a rendszer teljesítményét úgy változtatják, hogy jobban megfeleljenek az adott pillanatban a ház fűtési/hűtési igényének. Ez segít fenntartani a csúcsteljesítményt mindenkor, még enyhébb körülmények között is, amikor alacsonyabb a rendszer iránti igény.

Újabban olyan levegős hőszivattyúk kerültek a piacra, amelyek jobban alkalmazkodnak a hideg kanadai klímában való működéshez. Ezek a gyakran hidegklíma hőszivattyúknak nevezett rendszerek a változtatható teljesítményű kompresszorokat továbbfejlesztett hőcserélő-kialakítással és vezérléssel kombinálják, hogy maximalizálják a fűtési teljesítményt hidegebb levegő hőmérsékleten, miközben enyhébb körülmények között is fenntartják a magas hatásfokot. Az ilyen típusú rendszerek általában magasabb SEER- és HSPF-értékkel rendelkeznek, egyes rendszerek elérhetik a 42-es SEER-értéket, a HSPF-ek pedig megközelítik a 13-at.

Minősítés, szabványok és minősítési skálák

A Kanadai Szabványügyi Szövetség (CSA) jelenleg minden hőszivattyú elektromos biztonságát ellenőrzi. A teljesítmény szabvány meghatározza azokat a teszteket és vizsgálati feltételeket, amelyek mellett meghatározzák a hőszivattyú fűtési és hűtési teljesítményét és hatékonyságát. A levegős hőszivattyúk teljesítményvizsgálati szabványai a CSA C656, amely (2014-től) harmonizálva lett az ANSI/AHRI 210/240-2008, Unitary Air-Conditioning & Air-Source Heat Pump Equipment teljesítménybesorolásával. Ezenkívül felváltja a CAN/CSA-C273.3-M91, az osztott rendszerű központi légkondicionálók és hőszivattyúk teljesítményszabványát.

Méretezési szempontok

A hőszivattyús rendszer megfelelő méretéhez fontos megérteni otthona fűtési és hűtési igényeit. Javasoljuk, hogy a szükséges számítások elvégzéséhez fűtési és hűtési szakembert bízzon meg. A fűtési és hűtési terheléseket olyan elismert méretezési módszerrel kell meghatározni, mint például a CSA F280-12, „A lakossági helyiségek fűtési és hűtési berendezései szükséges kapacitásának meghatározása”.

A hőszivattyús rendszer méretezését az éghajlat, az épület fűtési és hűtési terhelése és a telepítés céljainak megfelelően kell elvégezni (pl. fűtési energia megtakarítás maximalizálása, illetve egy meglévő rendszer kiszorítása az év bizonyos időszakaiban). Ennek a folyamatnak a segítésére az NRCan kifejlesztett egy Levegőforrású hőszivattyú méretezési és kiválasztási útmutatót. Ez az útmutató a kiegészítő szoftverrel együtt energetikai tanácsadóknak és gépészeti tervezőknek szól, és szabadon elérhető, hogy útmutatást adjon a megfelelő méretezéshez.

Ha egy hőszivattyú alulméretezett, akkor észreveheti, hogy a kiegészítő fűtési rendszert gyakrabban fogják használni. Bár egy alulméretezett rendszer továbbra is hatékonyan működik, előfordulhat, hogy nem éri el a várt energiamegtakarítást a kiegészítő fűtési rendszer magas igénybevétele miatt.

Ugyanígy, ha egy hőszivattyú túlméretezett, előfordulhat, hogy a kívánt energiamegtakarítás nem valósul meg az enyhébb körülmények közötti nem hatékony működés miatt. Míg a kiegészítő fűtési rendszer ritkábban működik, melegebb környezeti feltételek mellett a hőszivattyú túl sok hőt termel, és az egység be- és kikapcsol, ami kényelmetlenséget, a hőszivattyú kopását és a készenléti áramfelvételt okozza. Ezért fontos, hogy jól ismerje fűtési terhelését és a hőszivattyú működési jellemzőit az optimális energiamegtakarítás elérése érdekében.

Egyéb kiválasztási kritériumok

A méretezésen kívül számos további teljesítménytényezőt is figyelembe kell venni:

• HSPF: Olyan egységet válasszon, amely a lehető legmagasabb HSPF-értékkel rendelkezik. A hasonló HSPF besorolású egységek esetében ellenőrizze az állandósult állapotú besorolásukat –8,3°C-on, ez az alacsony hőmérsékleti besorolás. A magasabb értékű egység lesz a leghatékonyabb Kanada legtöbb régiójában.
• Leolvasztás: Válasszon egy egységet igény szerinti leolvasztás szabályozással. Ez minimalizálja a leolvasztási ciklusokat, ami csökkenti a kiegészítő és hőszivattyús energiafelhasználást.
• Hangbesorolás: A hang mértékegysége decibel (dB). Minél alacsonyabb ez az érték, annál kisebb a kültéri egység által kibocsátott hangteljesítmény. Minél magasabb a decibelszint, annál nagyobb a zaj. A legtöbb hőszivattyú hangbesorolása 76 dB vagy alacsonyabb.

Telepítési szempontok

A levegős hőszivattyúkat szakképzett vállalkozónak kell beszerelnie. A hatékony és megbízható működés érdekében forduljon helyi fűtési és hűtési szakemberhez a berendezés méretével, telepítésével és karbantartásával kapcsolatban. Ha hőszivattyút szeretne beépíteni a központi kemence cseréjére vagy kiegészítésére, vegye figyelembe, hogy a hőszivattyúk általában nagyobb légáramlással működnek, mint a kemencerendszerek. Az új hőszivattyú méretétől függően szükség lehet bizonyos módosításokra a légcsatornán, hogy elkerüljük a nagyobb zajt és a ventilátor energiafelhasználását. Vállalkozója útmutatást tud adni Önnek az Ön konkrét esetére vonatkozóan.

A levegős hőszivattyú telepítésének költsége a rendszer típusától, a tervezési céloktól, valamint az otthonában meglévő fűtőberendezésektől és csővezetékektől függ. Egyes esetekben további módosításokra lehet szükség a csővezetékeken vagy az elektromos szolgáltatásokon az új hőszivattyú telepítésének támogatásához.

Üzemeltetési szempontok

A hőszivattyú üzemeltetése során figyelembe kell venni néhány fontos dolgot:

• Optimalizálja a hőszivattyú és a kiegészítő rendszer alapértékeit. Ha elektromos kiegészítő rendszere van (pl. padlólapok vagy ellenálláselemek a csatornában), akkor ügyeljen arra, hogy a kiegészítő rendszerhez alacsonyabb hőmérsékleti alapértéket használjon. Ez segít maximalizálni a hőszivattyú által az otthonában biztosított fűtési mennyiséget, csökkentve az energiafelhasználást és a közüzemi számlákat. A hőszivattyú fűtési hőmérsékleti alapértéke alatt 2°C és 3°C közötti alapjel ajánlott. Kérdezze meg a telepítést végző vállalkozót a rendszerének optimális beállítási pontjáról.
• Állítsa be a hatékony leolvasztást. Csökkentheti az energiafelhasználást, ha rendszerét úgy állítja be, hogy a leolvasztási ciklusok alatt kikapcsolja a beltéri ventilátort. Ezt a telepítő végezheti el. Fontos azonban megjegyezni, hogy ezzel a beállítással a leolvasztás kicsit tovább tarthat.
• Minimalizálja a hőmérséklet-csökkenést. A hőszivattyúk reakciója lassabb, mint a kemencerendszerek, így nehezebben reagálnak a mély hőmérséklet-visszaesésre. Mérsékelt, legfeljebb 2°C-os visszaesést kell alkalmazni, vagy olyan „okos” termosztátot kell használni, amely korán bekapcsolja a rendszert, a visszaesésből való kilábalás előrejelzése érdekében. Ismét konzultáljon a telepítést végző vállalkozóval a rendszer számára optimális hőmérsékletcsökkentésről.
• Optimalizálja légáramlási irányát. Ha falra szerelt beltéri egységgel rendelkezik, fontolja meg a légáramlás irányának beállítását a maximális kényelem érdekében. A legtöbb gyártó azt javasolja, hogy fűtéskor a légáramot lefelé, hűtéskor pedig az utasok felé irányítsa.
• A ventilátor beállításainak optimalizálása. Ezenkívül feltétlenül állítsa be a ventilátor beállításait a maximális kényelem érdekében. A hőszivattyú által leadott hő maximalizálása érdekében javasolt a ventilátor sebességét magasra vagy 'Automatikusra' állítani. Hűtés közben a párátlanítás javítása érdekében az „alacsony” ventilátor fordulatszám javasolt.

Karbantartási szempontok

A megfelelő karbantartás elengedhetetlen ahhoz, hogy hőszivattyúja hatékonyan, megbízhatóan és hosszú élettartammal működjön. Egy képzett vállalkozónak kell elvégeznie az egység éves karbantartását, hogy minden jó állapotban legyen.

Az éves karbantartáson kívül néhány egyszerű dolgot megtehet a megbízható és hatékony működés érdekében. Ügyeljen arra, hogy 3 havonta cserélje ki vagy tisztítsa meg a légszűrőt, mivel az eltömődött szűrők csökkentik a légáramlást és csökkentik a rendszer hatékonyságát. Győződjön meg arról is, hogy az otthonában lévő szellőzőnyílásokat és szellőzőnyílásokat ne takarja el bútor vagy szőnyeg, mivel a nem megfelelő légáramlás az egységbe vagy onnan lerövidítheti a berendezések élettartamát és csökkentheti a rendszer hatékonyságát.

Működési költségek

A hőszivattyú telepítéséből származó energiamegtakarítás segíthet csökkenteni a havi energiaszámlákat. Az energiaszámlák csökkenése nagymértékben függ a villamos energia árától az egyéb tüzelőanyagokhoz, például a földgázhoz vagy a fűtőolajhoz viszonyítva, és utólagos beépítés esetén attól, hogy milyen típusú rendszert cserélnek.

A hőszivattyúk általában magasabb költségekkel járnak más rendszerekhez, például kemencékhez vagy elektromos alaplapokhoz képest, a rendszerben lévő alkatrészek száma miatt. Egyes régiókban és esetekben ez a többletköltség viszonylag rövid időn belül megtérül a közüzemi költségek megtakarítása révén. Más régiókban azonban a változó rezsidíjak meghosszabbíthatják ezt az időszakot. Fontos, hogy együttműködjön vállalkozójával vagy energetikai tanácsadójával, hogy becslést kapjon a hőszivattyúk gazdaságosságáról az Ön területén, és az elérhető lehetséges megtakarításokról.

Várható élettartam és garancia

A levegős hőszivattyúk élettartama 15 és 20 év között van. A kompresszor a rendszer kritikus eleme.

A legtöbb hőszivattyúra egy év garancia vonatkozik az alkatrészekre és a munkára, valamint további 5-10 év garancia a kompresszorra (csak az alkatrészekre). A garanciák azonban gyártónként eltérőek, ezért ellenőrizze az apró betűs részt.

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.