Когда вы думаете об охлаждении горячего здания, вы, вероятно, не думаете о тепловых насосах. На самом деле, вы, вероятно, думаете об использовании кондиционера. Но, как оказалось, тепловой насос может и нагревать, и охлаждать, а в некоторых приложениях предпочтительнее разделить системы отопления и охлаждения.
Проще говоря,тепловой насос - это устройство, которое использует небольшое количество энергии для перемещения тепла из одного места в другое. Не слишком сложно, правда? Тепловые насосы обычно используются для извлечения тепла из воздуха или земли для обогрева дома или офисного здания, но их можно использовать для охлаждения здания. В некотором смысле, если вы знаете, как работает кондиционер, то вы уже многое знаете о том, как работает тепловой насос. Это связано с тем, что тепловые насосы и кондиционеры работают очень похоже.
Одно из самых больших преимуществ теплового насоса по сравнению со стандартной системой отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) заключается в том, что нет необходимости устанавливать отдельные системы для обогрева и охлаждения вашего дома. Тепловые насосы также работают чрезвычайно эффективно, потому что они просто передают тепло, а не сжигают топливо для его создания. Это делает их немного более экологичными, чем газовая печь.
И они не только обогревают и охлаждают здания. Лучше всего они работают в умеренном климате, поэтому, если вы не испытываете сильной жары и холода в лесу, то использование теплового насоса может помочь вам ежемесячно экономить немного денег.
Читайте дальше, чтобы узнать больше о том, как работает один из наиболее распространенных типов тепловых насосов.
Теплообменные и воздушные тепловые насосы
Существует много видов тепловых насосов, но все они работают по одному основному принципу:теплопередачаЭто означает, что вместо сжигания топлива для создания тепла устройство перемещает тепло из одного места в другое. Есть ключ к тому, чтобы все это произошло. Согласно термодинамике, тепло естественным образом перетекает из областей с высокой температурой в области с более низкой температурой.
Тепловой насос использует небольшое количество энергии, чтобы переключить этот процесс в обратном направлении, тем самым вытягивая тепло из области с относительно низкой температурой и перекачивая его в область с более высокой температурой. Таким образом, тепло передается от «источника тепла», такого как земля или воздух, в «поглотитель тепла», такой как ваш дом.
Одним из наиболее распространенных типов тепловых насосов являетсявоздушный тепловой насос. Они берут тепло из воздуха за пределами вашего дома и перекачивают его внутрь через змеевики, заполненные хладагентом. не слишком отличается от того, что на задней части вашего холодильника. Разнообразие источников воздуха довольно простое, и внутри вы найдете два вентилятора, змеевики холодильника, реверсивный клапан и компрессор.
Ключом к охлаждению воздушного теплового насоса является реверсивный клапан. Эта универсальная деталь изменяет поток хладагента, чтобы система могла работать в противоположном направлении. Таким образом, вместо того, чтобы качать тепло в ваш дом, тепловой насос выделяет его, как это делает ваш кондиционер. Когда хладагент реверсируется, он поглощает тепло на внутренней стороне блока и вытекает наружу. Именно здесь тепло высвобождается, позволяя хладагенту снова остыть и вернуться внутрь, чтобы набрать больше тепла. Этот процесс повторяется до тех пор, пока вы не станете милым и крутым.
Грунтовые и абсорбционные тепловые насосы
К настоящему времени вы узнали, чтовоздушные тепловые насосы используют наружный вентилятор для подачи воздуха через змеевики, заполненные хладагентом. Два комплекта этих змеевиков передают это тепло в помещение, где оно затем выдувается вторым вентилятором и распределяется по вашему дому как прохладное благо. Некоторые системы тепловых насосов с воздушным источником состоят из одного блока, содержащего оба набора змеевиков в одной коробке. Эта коробка затем устанавливается на крыше здания с воздуховодом, проходящим через стену. Многие более крупные системы для коммерческих зданий установлены таким образом.
Домашние тепловые насосы обычно представляют собой сплит-системы с наружным и внутренним компонентами, установленными через стену. В зависимости от типа системы, это может быть один или несколько внутренних компонентов для распределения тепла.
Геотермальные тепловые насосы (также известные как геотермальные тепловые насосы) немного отличаются. Они поглощают тепло из земли или подземного водоема и передают его внутрь помещения или наоборот. Наиболее распространенный тип геотермального теплового насоса передает тепло непосредственно из земли, поглощая его через подземные трубы, заполненные водой или хладагентом.
Эти трубы для перекачки жидкости могут быть либозамкнутыми, либооткрытыми системами, и они работают почти точно так же, как они звук. В системе с замкнутым контуром один и тот же хладагент или вода многократно циркулирует по трубам. В разомкнутой системе вода откачивается из подземного источника воды, такого как колодец или искусственное озеро. Оттуда тепло извлекается из воды, и эта вода возвращается в колодец или поверхностное озеро. Затем из скважины выкачивается больше воды для извлечения большего количества тепла в непрерывном открытом контуре.
Если этого недостаточно, рассмотритеабсорбционный тепловой насос - насосы с воздушным источником питания, работающие на природном газе, солнечной энергии, пропане или геотермальной воде., а не электричеством. Абсорбционные насосы можно использовать для крупномасштабных применений, но теперь они доступны и для дома. Основное различие между стандартным воздушным тепловым насосом и абсорбционным насосом заключается в том, что вместо сжатия хладагента абсорбционный насос поглощает аммиак в воду, а затем маломощный насос нагнетает его. Затем источник тепла выкипает аммиак из воды, и процесс начинается снова.
Когда вы идете, чтобы проверить абсорбционный тепловой насос, полезно знать, как они оцениваются. Производители оценивают их, используя измерение, называемоекоэффициентом производительности (COP), что звучит довольно сложно. Но все, что вам нужно знать, это искать COP выше 1,2 для нагрева и выше 0,7 для охлаждения. И не волнуйтесь, рейтинги стандартных тепловых насосов мы обсудим чуть позже.
Воздушные, грунтовые и абсорбционные тепловые насосы являются наиболее распространенными типами тепловых насосов, но они не будут работать во всех ситуациях. Читайте дальше, чтобы узнать о других типах тепловых насосов.
Другие типы тепловых насосов
Если в вашем доме нет воздуховодов для распределения тепла, не бойтесь. Потенциально вы можете использовать специальный вид теплового насоса, который называетсямини-сплит-тепловой насос. Он соединяет наружный блок с источником воздуха с несколькими внутренними блоками. Эти внутренние блоки подключаются к водонагревателям или обогревателям помещений. Эти бесканальные мини-сплит-системы полезны для модернизации дома с помощью системы теплового насоса, поскольку их расположение снаружи и внутри дома является гибким.
Еще одним плюсом является то, что для установки требуется только 3-дюймовый (7,6 см) трубопровод, который проходит через стену, что довольно незаметно. Они также универсальны. Внутренние кондиционеры могут быть установлены в стенах, потолках или на полу, и они очень маленькие. Одним из недостатков, однако, является то, что установка также должна занимать некоторое внутреннее пространство для работы. Они также не будут перемещать столько воздуха, сколько более крупные тепловые насосы, поэтому лучше всего подходят для небольших жилых и коммерческих помещений.
В то время как большинство тепловых насосов используют воздух,чиллер с обратным циклом (RCC) вместо этого перекачивает воду, что позволяет ему более эффективно работать при отрицательных температурах. В системе RCC тепловой насос подключается к изолированному резервуару для воды, который либо нагревается, либо охлаждается. Затем система вентиляторов и змеевиков откачивает нагретый или охлажденный воздух из резервуара и через воздуховоды в одну или несколько зон нагрева. Система RCC также может перекачивать горячую воду через систему теплого пола, поэтому, когда этой зимой босым ногам будет комфортно на теплом кафельном полу, вы можете поблагодарить свой RCC.
В типичном воздушном тепловом насосе требуется резервная горелка для подачи временного тепла, когда система переключается на реверс для размораживания змеевиков. Эта резервная горелка не позволяет системе пропускать холодный воздух через регистры, пока змеевики размораживаются, что является ключевым моментом, если ваша цель - согреться.
Кто-то может сказать, что система RCC лучше, поскольку она использует горячую воду из бака для размораживания змеевиков, поэтому резервная горелка не требуется. Это также означает, что система никогда не дует холодным воздухом, когда этого не следует делать, и в результате вы сохраняете тепло и тепло.
Недавнее дополнение -тепловой насос для холодного климата, названный так потому, что он может эффективно работать в более холодную погоду, чем большинство других конструкций - даже ниже 0 градусов по Фаренгейту (-18 градусов по Цельсию).). Тепловой насос для холодного климата определяет минимальное количество энергии, необходимое для обеспечения желаемого уровня нагрева или охлаждения, и регулирует его мощность в сторону увеличения или уменьшения, чтобы никогда не тратить энергию впустую.
В холодные зимы Миннесоты эти тепловые насосы показали себя примерно в два раза более энергоэффективными, чем типичные печи, работающие на природном газе, что делает их чрезвычайно экологичной альтернативой. По состоянию на ноябрь 2021 года Министерство энергетики США надеется установить эти насосы в зданиях в рамках плана администрации Байдена по расширению инфраструктуры.
Даже специальные тепловые насосы имеют ограничения. Читайте дальше, чтобы узнать о плюсах и минусах тепловых насосов и о том, что вам нужно знать перед их покупкой.
Плюсы и минусы тепловых насосов
Тепловые насосы могут помочь потребителям сэкономить на коммунальных услугах, но у них есть ограничения. Во-первых, они, как правило, несколько неэффективны в холодном климате, где температура наружного воздуха регулярно падает почти или ниже точки замерзания, хотя новаторы работают над улучшением этого положения. Это связано с тем, что перемещение тепла из очень холодной области в более горячую требует больше энергии, чем перемещение тепла между двумя областями с более умеренной разницей температур.
В умеренном климате на улице больше тепла, чем в холодном. Важно отметить, что даже в холодном климате в наружном воздухе все еще есть тепло, которое нужно перекачивать в помещение, но блок должен работать усерднее, чтобы извлечь имеющееся тепло. Может потребоваться дополнительная энергия, чтобы тепловой насос производил достаточно тепла для комфортного обогрева вашего дома, когда температура падает ниже нуля, а это нехорошо.
Тепло, производимое тепловыми насосами, не такое интенсивное, как тепло, производимое газовой или жидкотопливной печью. Люди, которые привыкли к традиционным печам, могут чувствовать себя некомфортно из-за более мягкого тепла, производимого этими системами. Другие люди предпочитают тепло, производимое тепловыми насосами, потому что тепловые насосы равномерно распределяют тепло по всему дому, то есть в нем нет холодных участков. Тепловой насос также будет включаться и выключаться реже, чем газовая печь, и в большинстве систем устранена подача холодного воздуха через вентиляционные отверстия, которая раньше происходила, когда система временно переключалась на реверс, чтобы разморозить змеевики.
Перед установкой теплового насоса вам необходимо решить, какой дополнительный или резервный источник тепла вам может понадобиться, когда тепловой насос не может работать эффективно. Многие тепловые насосы используют дополнительный электрический нагрев, но вы также можете использовать масляную горелку или адаптированную газовую печь. Независимо от того, какой тип системы отопления распространен в вашем районе, это, вероятно, самый эффективный и экономичный метод резервного копирования. Вы всегда можете позвонить в местную коммунальную компанию для получения информации.
Геотермальные тепловые насосы являются лучшими осушителями, чем обычные кондиционеры, потому что эти системы обычно имеют большие плоские возвратные змеевики, которые кондиционируют и осушают больше воздуха, чем соответствующий змеевик в системе кондиционирования воздуха. Воздушные тепловые насосы имеют примерно те же возможности осушения, что и системы кондиционирования воздуха. Если вам нужно увлажнение или осушение, примите это во внимание.
Теперь, когда вы знаете плюсы и минусы тепловых насосов, читайте дальше, чтобы узнать, на что обращать внимание при покупке теплового насоса.
Что искать в тепловом насосе
Когда вы начинаете покупать тепловой насос, вам нужно обратить внимание на несколько вещей. Во-первых, производители оценивают эффективность большинства тепловых насосов двумя способами: рейтингами SEER и HSPF. Более высокие рейтинги SEER и HSPF указывают на более эффективное устройство.
- SEER означает сезонный рейтинг энергоэффективности и представляет собой отношение того, сколько энергии (измеряется в БТЕ) выкачивается наружу в режиме охлаждения, к количеству электроэнергии, используемой (в ваттах) для охлаждения. Ищите рейтинг SEER от 14 до 18.
- HSPF означает сезонный коэффициент эффективности отопления. Он рассчитывает отношение энергии, подаваемой в помещение для обогрева, к энергии, используемой для обогрева, но это более сложное уравнение, чем оценка SEER, поскольку оно также учитывает потребности в дополнительном отоплении и энергию, используемую для размораживания устройства. Ищите рейтинг HSPF от восьми до 10.
Тепловые насосы часто имеют опции, которые делают их более эффективными. К ним относятся:
- Змеевик пароохладителя, который нагревает воду за счет рециркуляции отработанного тепла (или в системе RCC регенератор тепла хладагента, который также использует дополнительную мощность насоса для нагрева воды в мягкую зимнюю погоду).
- Двухрежимные компрессоры и двигатели, которые экономят энергию за счет регулировки вверх или вниз в зависимости от необходимого уровня нагрева или охлаждения.
- Спиральные компрессоры работают тише, эффективнее и служат дольше, чем традиционные компрессоры.
Хотя многие из этих функций можно найти только в более дорогих тепловых насосах, они компенсируют первоначальные расходы, помогая тепловым насосам работать более эффективно и экономить больше энергии в течение всего срока службы насоса.
Теперь вы знаете, как купить тепловой насос, но действительно ли это сэкономит ваши деньги?
Тепловые насосы экономят ваши деньги?
Стоимость установки и эксплуатации различных видов тепловых насосов сильно различается. Геотермальные тепловые насосы более дороги в установке, чем воздушные тепловые насосы, возможно, в два-три раза дороже, потому что геотермальные насосы требуют, чтобы вы выкапывали землю до источника тепла и включали более сложные системы теплопередачи. Это может быть немного дорого в зависимости от местности на вашей собственности. Однако дополнительная эффективность насоса, работающего от грунта, может сэкономить деньги на затратах на электроэнергию в будущем.
Приготовьтесь заплатить от 5 000 до 7 500 долларов за геотермальную систему теплового насоса. Воздушные тепловые насосы можно найти намного дешевле, в среднем от 1500 до 5000 долларов, потому что устройства, как правило, проще, а установка проще. После подсчета труда и дополнительного оборудования общая цена может превысить 20 000 долларов США, а для более крупных зданий она возрастет. Однако во многих регионах США существуют налоговые льготы для высокоэффективного климат-контроля, которые могут частично покрывать стоимость деталей и установки.
Стоимость эксплуатации и ремонта теплового насоса зависит от типа системы. Эксплуатация геотермального теплового насоса обходится дешевле, потому что земля и вода имеют относительно постоянную температуру, что позволяет тепловому насосу работать эффективно. Преимущество наземных систем также в том, что они не подвергаются воздействию погодных условий на открытом воздухе, что предотвращает большой износ. С другой стороны, их ремонт может быть дорогостоящим, если вам нужен доступ к подземной части системы.
Системы с воздушным источником легко доступны и обслуживаются, но им может потребоваться более регулярное техническое обслуживание, поскольку они подвержены воздействию элементов. Кроме того, воздушные тепловые насосы могут потреблять больше дополнительной энергии для работы, особенно в более холодном климате, и это увеличивает ваши счета за коммунальные услуги.
Тепловые насосы могут сэкономить вам от 30 до 40 процентов и более на ваших счетах за коммунальные услуги, но пренебрежение со временем снизит эффективность теплового насоса. Важно учитывать климат, в котором вы будете использовать тепловой насос, чтобы убедиться, что вы выбрали систему, которая может эффективно работать в вашем регионе. В конце концов, тепловые насосы могут сэкономить вам много денег на коммунальных услугах, если вы хороший кандидат и устанавливаете насос, подходящий для вашего района.
Прочитайте, чтобы узнать стоимость эксплуатации и ремонта вашего нового теплового насоса.
Техническое обслуживание тепловых насосов
Если вы регулярно пользуетесь тепловым насосом, вам следует менять фильтр примерно раз в месяц. Вероятно, вам может сойти с рук замена фильтра только раз в три месяца, если вы запускаете устройство только периодически. Содержите вентиляторы и змеевики в чистоте и не допускайте попадания мусора, а также два раза в год отдавайте профессионалу осмотр теплового насоса: один раз перед отопительным сезоном и один раз перед сезоном охлаждения.
Распространенные проблемы с тепловыми насосами включают низкий поток воздуха, негерметичные или шумные воздуховоды, проблемы с температурой, использование неправильной заправки хладагентом, дребезжание, скрипы и скрежет. Если можете, попытайтесь изолировать местонахождение проблемы. Низкий поток воздуха выходит только из одного регистра или все регистры имеют низкий поток воздуха? Неприятный шум исходит из воздуховодов или внутри самого теплового насоса?
Есть несколько вещей, которые вы можете сделать, чтобы определить и, возможно, устранить проблему с тепловым насосом, прежде чем обращаться за профессиональной помощью. Во-первых, если устройство не работает, попробуйте перезагрузить его двигатель. Проверьте систему зажигания насоса на наличие проблем и убедитесь, что у вас нет сработавшего автоматического выключателя или перегоревшего предохранителя. Проверьте термостат, чтобы убедиться, что он работает правильно. Замените фильтр, если он грязный, и убедитесь, что воздушный поток не блокируется.
Если воздуховоды издают шум при расширении и сжатии, рассмотрите возможность установки вокруг них резиновых прокладок для дополнительной шумоизоляции. Погремушки можно исправить, закрепив незакрепленные детали, и если вы слышите скрипы внутри устройства, вам может потребоваться заменить или отрегулировать ремень вентилятора, соединяющий двигатель и вентилятор. Шум скрежета может указывать на то, что подшипники двигателя изношены, для устранения которых потребуется помощь профессионала.
Имейте в виду, что если вы не склонны к механике, вам, вероятно, не следует пытаться выполнять такие ремонтные работы. А поскольку тепловые насосы могут содержать опасные материалы, это еще одна веская причина обратиться за профессиональной помощью. Утечка химикатов - плохая новость, и вы можете легко пораниться, держа сломанное устройство.
Тепловой насос должен работать от 10 до 25 лет. Регулярный осмотр и техническое обслуживание являются наиболее важным фактором долговечности насоса. Те, что в более умеренном климате, также будут иметь тенденцию длиться дольше. Имейте в виду, что технология может измениться до того, как ваш тепловой насос изношен, поэтому вы можете обнаружить, что срок службы вашего теплового насоса превышает возможности технического специалиста по его обслуживанию. Новые технологии могут сделать тепловые насосы более безопасными и эффективными, поэтому вам следует следить за появлением новых видов тепловых насосов.
Чтобы узнать больше о тепловых насосах, перейдите по ссылкам ниже для получения дополнительной информации.
Часто задаваемые вопросы о тепловых насосах
Как работает тепловой насос зимой?
Тепловой насос поглощает тепло из наружного воздуха и нагнетает его внутрь, чтобы согреть ваш дом. Они намного дешевле в эксплуатации, чем газовые печи, потому что потребляют очень мало электроэнергии.
Тепловой насос охлаждает так же, как кондиционер?
Тепловые насосы могут нагревать и охлаждать воздух, в отличие от кондиционеров. Даже когда дело доходит до охлаждения вашего дома, тепловые насосы более эффективны по сравнению с кондиционерами.
При какой температуре тепловой насос неэффективен?
Хотя тепловые насосы обычно более эффективны, чем кондиционеры, они не могут сохранять свою эффективность при температуре от 25 до 40 градусов по Фаренгейту. Тепловые насосы намного лучше подходят для температур выше 40 градусов. Что-нибудь ниже, и они начинают потреблять больше энергии, делая печи более эффективными в этот момент.
Как перезагрузить тепловой насос?
Чтобы перезапустить тепловой насос, сначала выключите термостат и насос. Отключите все соответствующие выключатели и дайте хладагенту отстояться не менее трех-пяти минут. Вы можете очистить фильтры или воздуховоды, пока ждете. Затем снова включите систему в обратном порядке.
Каков средний срок службы теплового насоса?
В среднем тепловые насосы служат от 10 до 15 лет в зависимости от условий эксплуатации и технического обслуживания. Некоторые также сообщают, что их системы остаются в рабочем состоянии до 50 лет, но это редкость.