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.
Тепловые насосы с воздушным источником 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 3,000 кВтч (или 459 долларов США) по сравнению с электрическими нагревателями сопротивления, и 6,200 кВтч (или 948 долларов США) по сравнению с масляными системами. При замещении масла (т. е. маслосистема остается, но работает реже) среднегодовая экономия составляет около 3,000 кВтч (или около 300 долларов).
Типы воздушных тепловых насосов
Различные типы воздушных тепловых насосов описаны ниже.
Бесканальные, канальные и короткоходные, канальные
Применение без воздуховодов требует минимальной конструкции, поскольку 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, то есть у них есть один змеевик внутри и один снаружи. Подающий и обратный воздуховоды подключаются к внутреннему центральному вентилятору.
В комплектных системах обычно и змеевики, и вентилятор находятся на открытом воздухе. Нагретый или охлажденный воздух подается внутрь из воздуховодов, проходящих через стену или крышу.
Многозонный против однозонного
Однозональные системы предназначены для одной комнаты с одним наружным конденсатором, соответствующим одной внутренней головке.
Многозональные установки могут иметь два или более внутренних змеевика, подключенных к одному наружному конденсатору. Многозонные 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 «многоголовка против одноголовки» и «многопортовая против однопортовой».
Как они работают
Система охлаждения теплового насоса состоит из компрессора и двух медных или алюминиевых змеевиков (один внутри помещения и один снаружи), 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 воздушных тепловых насосов является результатом следующих технических достижений:
- Термостатические расширительные клапаны для более точного управления потоком хладагента во внутренний змеевик
- Вентиляторы с регулируемой скоростью, которые более эффективны и могут компенсировать некоторые неблагоприятные последствия ограниченных воздуховодов, грязных фильтров и грязных змеевиков.
- Улучшенная конструкция катушки
- Усовершенствованная конструкция электродвигателя и двухскоростного компрессора.
- 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 марками и моделями.
Эффективность обогрева для 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, выраженного в БТЕ, деленного на общую электрическую энергию. потребляемой системой теплового насоса, выраженной 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, выраженную в ватт-часах.
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 тепловых насосов с воздушным источником:
- Выберите тепловой насос с управлением оттаиванием 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.
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 сервисном обслуживании. 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.
Водонагреватели с тепловым насосом
Большинство домовладельцев, у которых есть тепловые насосы, используют их для обогрева и охлаждения своих домов. Но тепловой насос можно использовать и для нагрева воды — либо как автономную систему нагрева воды, либо как комбинированную систему нагрева воды и кондиционирования помещения.
Как они работают
Водонагреватели с тепловым насосом используют электричество для перемещения тепла из одного места в другое, а не производят тепло напрямую. Следовательно, они могут быть в два-три раза более энергоэффективными, чем обычные электрические водонагреватели сопротивления. Для перемещения тепла тепловые насосы работают как холодильник наоборот.
В то время как холодильник извлекает тепло из коробки и отдает его в окружающую комнату, автономный воздушный тепловой насос водонагреватель забирает тепло из окружающего воздуха и передает его — при более высокой температуре — на нагрев воды в накопительном баке. Вы можете приобрести автономную систему нагрева воды с тепловым насосом в виде интегрированного блока со встроенным баком-аккумулятором воды и резервными нагревательными элементами сопротивления. Вы также можете переоборудовать тепловой насос для работы с существующим обычным накопительным водонагревателем.
Водонагреватели с тепловым насосом необходимо устанавливать в местах, где круглый год сохраняется температура от 40º до 90ºF (4.4º–32.2ºC), а объем воздушного пространства вокруг водонагревателя составляет не менее 1,000 кубических футов (28.3 кубических метра). Воздух, проходящий через испаритель, может выбрасываться в помещение или на улицу.
Водонагреватели с тепловым насосом не будут эффективно работать в холодном помещении, поскольку они, как правило, охлаждают пространство, в котором находятся. Установка их в помещении с избыточным теплом, например, в котельной, повысит их эффективность.
Вы также можете установить систему теплового насоса с воздушным источником, которая сочетает в себе отопление, охлаждение и нагрев воды. Эти комбинированные системы забирают тепло в помещение из наружного воздуха зимой и из внутреннего воздуха летом. Поскольку они удаляют тепло из воздуха, любой тип системы теплового насоса с воздушным источником работает более эффективно в теплом климате.
Домовладельцы в основном устанавливают геотермальные тепловые насосы, которые зимой берут тепло из земли, а летом из воздуха в помещении, для обогрева и охлаждения своих домов. Для нагрева воды можно добавить пароохладитель к системе геотермального теплового насоса. Пароохладитель — это небольшой вспомогательный теплообменник, который использует перегретые газы из компрессора теплового насоса для нагрева воды. Затем эта горячая вода циркулирует по трубе в бак накопительного водонагревателя в доме.
Пароохладители также доступны для безрезервуарных водонагревателей или водонагревателей по требованию. Летом пароохладитель использует избыточное тепло, которое иначе ушло бы в землю. При частой работе в летнее время геотермальный тепловой насос может обеспечить большую часть ваших потребностей в горячей воде.
Осенью, зимой и весной, когда пароохладитель не производит столько избыточного тепла, вам придется больше полагаться на водонагреватель или водонагреватель. Некоторые производители также предлагают трехфункциональные системы геотермальных тепловых насосов, которые обеспечивают отопление, охлаждение и горячее водоснабжение. Они используют отдельный теплообменник для удовлетворения всех потребностей домохозяйства в горячей воде.
Выбор водонагревателя с тепловым насосом
Системы водонагревателей с тепловым насосом обычно имеют более высокие первоначальные затраты, чем обычные накопительные водонагреватели. Однако они имеют более низкие эксплуатационные расходы, что может компенсировать более высокие затраты на покупку и установку.
Перед покупкой системы водяного отопления с тепловым насосом также необходимо учитывать следующее:
Если вы планируете установить в своем доме интегрированную систему водяного отопления, отопления и охлаждения с тепловым насосом, ознакомьтесь с нашей информацией о тепловых насосах с воздушным источником и геотермальных тепловых насосах.
Установка и обслуживание
Правильная установка и техническое обслуживание вашей системы нагрева воды с тепловым насосом может оптимизировать ее энергоэффективность.
Правильная установка зависит от многих факторов. Эти факторы включают тип топлива, климат, требования местных строительных норм и правил и вопросы безопасности. Поэтому лучше всего, чтобы ваш тепловой насос устанавливал квалифицированный подрядчик по сантехнике и отоплению (или установщик/проектировщик системы геотермального теплового насоса).
При выборе квалифицированного специалиста сделайте следующее:
- Запросить смету расходов в письменной форме
- Спросите ссылки
- Проверьте компанию в местном Better Business Bureau.
- Посмотрите, получит ли компания при необходимости местное разрешение и понимает ли местные строительные нормы и правила.
Периодическое техническое обслуживание водонагревателя может значительно продлить срок службы водонагревателя и свести к минимуму потерю эффективности. Прочтите руководство пользователя для конкретных рекомендаций по техническому обслуживанию.
Повышение энергоэффективности
После того, как ваш водонагреватель правильно установлен и обслуживается, попробуйте некоторые дополнительные стратегии энергосбережения, которые помогут снизить ваши счета за нагрев воды. Некоторые энергосберегающие устройства и системы выгоднее устанавливать вместе с водонагревателем.
Подпишитесь, чтобы получать обновления от Energy Saver, включая новые блоги, обновленный контент и советы по сезонной экономии энергии для потребителей и домовладельцев.
Системы тепловых насосов
Тепловые насосы представляют собой энергоэффективную альтернативу печам и кондиционерам для всех климатических условий. Как и ваш холодильник, тепловые насосы используют электричество для передачи тепла из холодного помещения в теплое, делая прохладное помещение более прохладным, а теплое — теплее. Во время отопительного сезона тепловые насосы переносят тепло из прохладной улицы в ваш теплый дом. В сезон охлаждения тепловые насосы переносят тепло из вашего дома на улицу. Поскольку они передают тепло, а не производят тепло, тепловые насосы могут эффективно обеспечивать комфортную температуру для вашего дома.
Канальные воздушные тепловые насосы
Существует три основных типа тепловых насосов, соединенных воздуховодами: воздух-воздух, источник воды и геотермальные. Они собирают тепло из воздуха, воды или земли за пределами вашего дома и концентрируют его для использования внутри.
Наиболее распространенным типом теплового насоса является воздушный тепловой насос, который передает тепло между вашим домом и наружным воздухом. Современный тепловой насос может снизить потребление электроэнергии для отопления примерно на 50% по сравнению с электрическим нагревом сопротивления, таким как печи и плинтусные обогреватели. Кроме того, высокоэффективные тепловые насосы осушают воздух лучше, чем стандартные центральные кондиционеры, что приводит к меньшему потреблению энергии и более комфортному охлаждению в летние месяцы. Воздушные тепловые насосы использовались в течение многих лет почти во всех частях Соединенных Штатов, но до недавнего времени они не использовались в районах, где 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.
Бесканальные воздушные тепловые насосы
Для домов без воздуховодов воздушные тепловые насосы также доступны в версии без воздуховодов, называемой мини-сплит-тепловым насосом. Кроме того, специальный тип воздушного теплового насоса, называемый «чиллер с обратным циклом», генерирует горячую и холодную воду, а не воздух, что позволяет использовать его в системах лучистого обогрева пола в режиме обогрева.
Геотермальные тепловые насосы
Геотермальные (наземные или водные) тепловые насосы достигают более высокой эффективности за счет передачи тепла между вашим домом и землей или ближайшим источником воды. Несмотря на то, что установка геотермальных тепловых насосов стоит дороже, они имеют низкие эксплуатационные расходы, поскольку они используют преимущества относительно постоянной температуры грунта или воды. Геотермальные (или геотермальные) тепловые насосы имеют ряд существенных преимуществ. Они могут снизить потребление энергии на 30-60%, контролировать влажность, прочны и надежны и подходят для самых разных домов. Подойдет ли вам геотермальный тепловой насос, будет зависеть от размера вашего участка, грунта и ландшафта. Геотермальные или водяные тепловые насосы могут использоваться в более суровых климатических условиях, чем воздушные тепловые насосы, и клиенты очень довольны этими системами.
Абсорбционные тепловые насосы
Относительно новым типом теплового насоса для жилых систем является абсорбционный тепловой насос (АТН), также называемый газовым тепловым насосом. Абсорбционные тепловые насосы используют тепло или тепловую энергию в качестве источника энергии и могут приводиться в действие с помощью самых разных источников тепла, таких как сжигание природного газа, пар, нагретая вода, воздух или вода, нагретая геотермальной энергией, и поэтому отличаются от компрессионных. тепловые насосы, приводимые в действие механической энергией. AHP более сложны и требуют более крупных агрегатов по сравнению с компрессионными тепловыми насосами. Меньшее потребление электроэнергии такими тепловыми насосами связано только с перекачкой жидкости.
Дополнительные функции, которые следует искать в тепловом насосе
Ряд инноваций повышает производительность тепловых насосов.
В отличие от стандартных компрессоров, которые могут работать только на полную мощность, двухскоростные компрессоры позволяют тепловым насосам работать близко к мощности нагрева или охлаждения, необходимой при любой конкретной температуре наружного воздуха, экономя энергию за счет сокращения операций включения/выключения и износа компрессора. Двухскоростные тепловые насосы также хорошо работают с системами зонального контроля. В системах зонального контроля, часто встречающихся в больших домах, используются автоматические заслонки, позволяющие тепловому насосу поддерживать разные температуры в разных комнатах.
Некоторые модели тепловых насосов оснащены двигатели с регулируемой скоростью или двухскоростные на своих внутренних вентиляторах (воздуходувках), наружных вентиляторах или на обоих. Регулятор скорости вращения этих вентиляторов поддерживает комфортную скорость движения воздуха, сводя к минимуму холодные сквозняки и максимально экономя электроэнергию. Это также сводит к минимуму шум от вентилятора, работающего на полной скорости.
Некоторые высокоэффективные тепловые насосы оснащены пароохладитель, который восстанавливает отработанное тепло из режима охлаждения теплового насоса и использует его для нагрева воды. Тепловой насос с пароохладителем может нагревать воду в 2-3 раза эффективнее, чем обычный электрический водонагреватель.
Еще одним достижением в области тепловых насосов является спиральный компрессор, который состоит из двух спиралевидных завитков. Один остается неподвижным, а другой вращается вокруг него, сжимая хладагент, нагнетая его во все более мелкие области. По сравнению с типичными поршневыми компрессорами спиральные компрессоры имеют более длительный срок службы и работают тише. По некоторым данным, тепловые насосы со спиральными компрессорами обеспечивают на 10–15 °F (5.6–8.3 °C) более теплый воздух в режиме обогрева по сравнению с существующими тепловыми насосами с поршневыми компрессорами.
Хотя большинство тепловых насосов используют электрические нагреватели сопротивления в качестве резерва в холодную погоду, тепловые насосы также могут быть оснащены в сочетании с газовой печью, иногда называемой двухтопливной или гибридной системой, в дополнение к тепловому насосу. Это помогает решить проблему менее эффективной работы теплового насоса при низких температурах и сократить потребление электроэнергии. Есть несколько производителей тепловых насосов, которые объединяют оба типа тепла в одном блоке, поэтому эти конфигурации часто представляют собой две меньшие, расположенные бок о бок, стандартные системы, использующие один и тот же воздуховод.
По сравнению с печью, работающей на топливе, или стандартным тепловым насосом, этот тип системы также может быть более экономичным. Фактическая экономия энергии зависит от относительной стоимости топлива для сжигания по отношению к электроэнергии.
