Воздушные тепловые насосы | Министерство энергетики
Энергосбережение
Изображение
Воздушный тепловой насос может обеспечить эффективное отопление и охлаждение вашего дома. При правильной установке воздушный тепловой насос может доставлять в дом в три раза больше тепловой энергии, чем потребляемой им электроэнергии. Это возможно, потому что тепловой насос передает тепло, а не преобразовывает его из топлива, как в системах отопления внутреннего сгорания.
Воздушные тепловые насосы уже много лет используются почти во всех частях Соединенных Штатов, за исключением районов, в которых длительные периоды отрицательных температур. Однако в последние годы технология теплового насоса с воздушным источником продвинулась настолько, что теперь она предлагает законную альтернативу отоплению помещений в более холодных регионах.
Например, исследование, проведенное Northeast Energy Efficiency Partnerships, показало, что когда блоки, разработанные специально для более холодных регионов, были установлены в регионах Северо-Востока и Средней Атлантики, ежегодная экономия составляет около 3000 кВтч (или 459 долларов США).
Типы воздушных тепловых насосов
Ниже описаны различные типы воздушных тепловых насосов.
Бесканальные, канальные и короткоходные, канальные
Для бесканальных систем требуется минимальная конструкция, так как для соединения наружного конденсатора и внутренних головок требуется всего трехдюймовое отверстие в стене. Бесканальные системы часто устанавливаются в пристройках.
Канальные системы просто используют воздуховоды. Если в вашем доме уже есть система вентиляции или дом будет новой постройкой, вы можете рассмотреть эту систему.
Короткие воздуховоды — это традиционные большие воздуховоды, которые проходят только через небольшую часть дома.
Краткосрочные воздуховоды часто дополняются другими агрегатами без воздуховодов для остальной части дома.
Сплит против упакованного
Большинство тепловых насосов представляют собой сплит-системы, т. е. у них один змеевик внутри и один снаружи. Подающий и обратный воздуховоды подключаются к внутреннему центральному вентилятору.
Комплектные системы обычно имеют как змеевики, так и вентилятор на открытом воздухе. Нагретый или охлажденный воздух подается внутрь из воздуховодов, проходящих через стену или крышу.
Многозонный против однозонного
Однозональные системы предназначены для одного помещения с одним наружным конденсатором, соответствующим одному внутреннему напору.
Многозональные установки могут иметь два или более внутренних змеевика, подключенных к одному наружному конденсатору. Многозональные внутренние теплообменники различаются по размеру и стилю, и каждый создает свою «зону» комфорта, позволяя обогревать или охлаждать отдельные комнаты, коридоры и открытые пространства.
Это различие может также упоминаться как «многоголовый против одноголовочного» и «многопортовый против однопортового».
Как они работают
Изображение
Система охлаждения теплового насоса состоит из компрессора и двух медных или алюминиевых змеевиков (один внутренний и один внешний), которые имеют алюминиевые ребра для облегчения теплопередачи. В режиме обогрева жидкий хладагент во внешнем змеевике отбирает тепло у воздуха и испаряется в газообразное состояние. Внутренний змеевик выделяет тепло из хладагента, когда он снова конденсируется в жидкость. Реверсивный клапан рядом с компрессором может изменить направление потока хладагента для режима охлаждения, а также для оттаивания наружного змеевика зимой.
Эффективность и производительность современных тепловых насосов с воздушным источником являются результатом технических достижений, таких как:
- Термостатические расширительные клапаны для более точного управления потоком хладагента во внутреннем змеевике
- Воздуходувки с регулируемой скоростью, которые более эффективны и могут компенсировать некоторые неблагоприятные последствия суженных воздуховодов, грязных фильтров и грязных змеевиков
- Улучшенная конструкция катушки
- Усовершенствованный электродвигатель и двухскоростной компрессор
- Медная трубка с канавками внутри для увеличения площади поверхности.
Выбор теплового насоса
Каждый бытовой тепловой насос, продаваемый в этой стране, имеет этикетку EnergyGuide, на которой указан рейтинг эффективности обогрева и охлаждения теплового насоса в сравнении с другими доступными производителями и моделями.
Тепловая эффективность электрических тепловых насосов с воздушным источником определяется коэффициентом полезного действия отопительного сезона (HSPF), который представляет собой меру за средний отопительный сезон общего количества тепла, подаваемого в кондиционируемое помещение, выраженное в БТЕ, деленное на общее электрическая энергия, потребляемая системой теплового насоса, выраженная в ватт-часах.
Эффективность охлаждения определяется сезонным коэффициентом энергоэффективности (SEER), который представляет собой меру за средний сезон охлаждения общего количества тепла, отводимого из кондиционируемого помещения, выраженного в БТЕ, деленного на общую электрическую энергию, потребляемую тепловым насосом.
Как правило, чем выше HSPF и SEER, тем выше стоимость устройства. Тем не менее, экономия энергии может окупить более высокие первоначальные инвестиции несколько раз в течение срока службы теплового насоса. Новый центральный тепловой насос, заменяющий старый агрегат, будет потреблять гораздо меньше энергии, что существенно снизит затраты на кондиционирование воздуха и отопление.
Чтобы выбрать воздушный электрический тепловой насос, обратите внимание на этикетку ENERGY STAR®. В более теплом климате SEER важнее, чем HSPF. В более холодном климате сосредоточьтесь на получении максимально возможного HSPF.
Вот некоторые другие факторы, которые следует учитывать при выборе и установке воздушных тепловых насосов:
- Выберите тепловой насос с управлением оттайкой по требованию. Это сведет к минимуму количество циклов оттаивания, тем самым уменьшив потребление дополнительной энергии и энергии теплового насоса.
- Вентиляторы и компрессоры шумят. Расположите наружный блок вдали от окон и соседних зданий и выберите тепловой насос с более низким рейтингом наружного шума (децибелы). Вы также можете уменьшить этот шум, установив устройство на шумопоглощающее основание.
- Расположение наружного блока может повлиять на его эффективность. Наружные блоки должны быть защищены от сильного ветра, который может вызвать проблемы с оттаиванием. Вы можете стратегически разместить куст или забор с наветренной стороны от катушек, чтобы защитить устройство от сильного ветра.
Расположите наружный блок вдали от окон и соседних зданий и выберите тепловой насос с более низким рейтингом наружного шума (децибелы). Вы также можете уменьшить этот шум, установив устройство на шумопоглощающее основание.Проблемы с производительностью тепловых насосов
Тепловые насосы могут иметь проблемы с низким расходом воздуха, негерметичными воздуховодами и неправильной заправкой хладагента. Расход воздуха должен составлять от 400 до 500 кубических футов в минуту (куб. фут/мин) на каждую тонну мощности теплового насоса по кондиционированию воздуха. Эффективность и производительность ухудшаются, если расход воздуха намного меньше 350 кубических футов в минуту на тонну.
Технический персонал может увеличить поток воздуха, очистив змеевик испарителя или увеличив скорость вентилятора, но часто требуется некоторая модификация воздуховода. См. сведения о минимизации потерь энергии в воздуховодах и изоляционных воздуховодах.
Системы охлаждения следует проверять на наличие утечек при установке и при каждом обращении в сервисную службу. Комплектные тепловые насосы заправляются хладагентом на заводе и редко заправляются неправильно. С другой стороны, тепловые насосы сплит-системы заряжаются на месте, что иногда может привести к слишком большому или слишком малому количеству хладагента. Тепловые насосы сплит-системы с правильной заправкой хладагента и воздушным потоком обычно работают очень близко к SEER и HSPF, указанным производителем. Однако слишком много или слишком мало хладагента снижает производительность и эффективность теплового насоса.
- Узнать больше
- Рекомендации
Воздушные тепловые насосы
Системы тепловых насосов Узнать больше
Мини-сплит-тепловые насосы без воздуховодов Узнать больше
Геотермальные тепловые насосы Узнать больше
Газоабсорбционный тепловой насос Узнать больше
- Воздушные тепловые насосы, ENERGY STAR
- Какой тепловой насос вы покупаете? Northeast Energy Efficiency Partnerships
- Ищете зимостойкие тепловые насосы? Северо-восточное партнерство по энергоэффективности
Геотермальные тепловые насосы | Министерство энергетики
Энергосбережение
Изображение
Геотермальные тепловые насосы (GHP), иногда называемые GeoExchange, геотермальными, геотермальными или водяными тепловыми насосами, использовались с конца 19 века.
40с. В качестве обменной среды они используют относительно постоянную температуру земли вместо температуры наружного воздуха.
Хотя во многих частях страны наблюдаются сезонные экстремальные температуры — от палящего зноя летом до минусовых холодов зимой — в нескольких футах от поверхности земли температура земли остается относительно постоянной. В зависимости от широты температура земли колеблется от 45°F (7°C) до 75°F (21°C). Подобно пещере, эта температура земли теплее воздуха над ней зимой и холоднее воздуха летом. GHP использует эти более благоприятные температуры, чтобы стать высокоэффективным за счет обмена теплом с землей через наземный теплообменник.
Как и любой другой тепловой насос, геотермальные и водяные тепловые насосы могут обогревать, охлаждать и, если они оборудованы, снабжать дом горячей водой. Некоторые модели геотермальных систем доступны с двухскоростными компрессорами и регулируемыми вентиляторами для большего комфорта и экономии энергии. По сравнению с воздушными тепловыми насосами они тише, служат дольше, требуют минимального обслуживания и не зависят от температуры наружного воздуха.
Тепловой насос с двумя источниками тепла сочетает в себе воздушный тепловой насос и геотермальный тепловой насос. Эти приборы сочетают в себе лучшее из обеих систем. Тепловые насосы с двойным источником имеют более высокие рейтинги эффективности, чем агрегаты с воздушным источником, но не так эффективны, как геотермальные агрегаты. Основное преимущество систем с двумя источниками заключается в том, что их установка стоит намного дешевле, чем одиночная геотермальная установка, и работают почти так же хорошо.
Несмотря на то, что стоимость установки геотермальной системы может в несколько раз превышать стоимость установки воздушной системы с той же мощностью нагрева и охлаждения, дополнительные затраты могут окупиться за счет экономии энергии через 5–10 лет, в зависимости от стоимости энергия и доступные стимулы в вашем районе. Срок службы системы оценивается в 24 года для внутренних компонентов и более 50 лет для контура заземления. Ежегодно в США устанавливается около 50 000 геотермальных тепловых насосов.
Для получения дополнительной информации посетите Международную ассоциацию геотермальных тепловых насосов.
URL видео
Посмотрите, как геотермальные тепловые насосы нагревают и охлаждают здания, концентрируя природное тепло, содержащееся в земле — чистом, надежном и возобновляемом источнике энергии.
Министерство энергетики США
Существует четыре основных типа систем заземления. Три из них — горизонтальная, вертикальная и пруд/озеро — представляют собой замкнутые системы. Четвертый тип системы — вариант с открытым контуром. Несколько факторов, таких как климат, почвенные условия, доступная земля и местные затраты на установку, определяют, какой из них лучше всего подходит для участка. Все эти подходы могут быть использованы для жилых и коммерческих зданий.
Замкнутые системы
В большинстве геотермальных тепловых насосов с замкнутым контуром раствор антифриза циркулирует по замкнутому контуру, обычно изготавливаемому из пластиковых труб высокой плотности, который закопан в землю или погружен в воду. Теплообменник передает тепло между хладагентом в тепловом насосе и раствором антифриза в замкнутом контуре.
Один тип системы с замкнутым контуром, называемый прямым обменом, не использует теплообменник, а вместо этого перекачивает хладагент по медным трубам, закопанным в землю в горизонтальной или вертикальной конфигурации. Для систем прямого обмена требуется более крупный компрессор, и они лучше всего работают на влажных почвах (иногда требуется дополнительное орошение, чтобы почва оставалась влажной), но вам следует избегать установки в почвах, вызывающих коррозию медных трубок. Поскольку в этих системах хладагент циркулирует по земле, местные экологические нормы могут запрещать их использование в некоторых местах.
Горизонтальный
Этот тип установки, как правило, наиболее экономичен для жилых помещений, особенно для нового строительства, где имеется достаточно земли. Для этого требуются траншеи глубиной не менее четырех футов. В наиболее распространенных схемах используются либо две трубы, одна из которых закопана на глубине шести футов, а другая — четыре фута, либо две трубы, расположенные бок о бок на высоте пяти футов в земле в траншее шириной два фута. Метод скручивания трубы Slinky™ позволяет разместить больше трубы в более короткой траншеи, что снижает затраты на установку и делает возможным горизонтальную установку в местах, недоступных при обычном горизонтальном применении.
Вертикальный
В больших коммерческих зданиях и школах часто используются вертикальные системы, потому что площадь земли, необходимая для горизонтальных петель, была бы непомерно высокой. Вертикальные петли также используются там, где почва слишком мелкая для рытья траншей, и они сводят к минимуму нарушение существующего ландшафта.
Для вертикальной системы скважины (примерно четыре дюйма в диаметре) бурят на расстоянии около 20 футов друг от друга и глубиной от 100 до 400 футов. Две трубы, соединенные в нижней части U-образным изгибом, образующим петлю, вставляются в отверстие и заливаются цементным раствором для повышения производительности. Вертикальные контуры соединены горизонтальной трубой (т. е. коллектором), размещенной в траншеях, и соединены с тепловым насосом в здании.
Пруд/озеро
Если на участке есть достаточный водоем, это может быть самый дешевый вариант. Подводящая труба проходит под землей от здания к воде и скручивается в кольца на глубине не менее восьми футов под поверхностью, чтобы предотвратить замерзание. Змеевики следует размещать только в источнике воды, соответствующем минимальным требованиям к объему, глубине и качеству.
Разомкнутая система
Этот тип системы использует колодезную или поверхностную воду в качестве теплоносителя, который циркулирует непосредственно через систему GHP.
Пройдя через систему, вода возвращается в землю через колодец, подпиточный колодец или поверхностный сброс. Очевидно, что этот вариант практичен только там, где имеется достаточное количество относительно чистой воды и соблюдаются все местные нормы и правила, касающиеся сброса подземных вод.
Гибридные системы
Гибридные системы, использующие несколько различных геотермальных ресурсов или комбинацию геотермального ресурса с наружным воздухом (например, градирни), являются еще одним технологическим вариантом. Гибридные подходы особенно эффективны, когда потребности в охлаждении значительно превышают потребности в обогреве. Если позволяет местная геология, еще одним вариантом является «колодец стоячей колонны». В этом варианте разомкнутой системы бурят одну или несколько глубоких вертикальных скважин. Вода забирается снизу стоячей колонны и возвращается наверх. В периоды пикового нагрева и охлаждения система может сбрасывать часть возвратной воды, а не закачивать всю ее обратно, что приводит к притоку воды в колонну из окружающего водоносного горизонта.