Oppvarming og kjøling med varmepumpe-del 1

Introduksjon

Hvis du utforsker alternativer for å varme opp og kjøle ned hjemmet ditt eller redusere energiregningen, kan det være lurt å vurdere et varmepumpesystem. Varmepumper er en velprøvd og pålitelig teknologi i Canada, i stand til å tilby komfortkontroll for hjemmet ditt året rundt ved å levere varme om vinteren, kjøling om sommeren og i noen tilfeller varme opp varmtvann til hjemmet ditt.

Varmepumper kan være et utmerket valg i en rekke bruksområder, og for både nye boliger og ettermontering av eksisterende varme- og kjølesystemer. De er også et alternativ ved utskifting av eksisterende klimaanlegg, da den ekstra kostnaden for å gå fra et kjølesystem til en varmepumpe ofte er ganske lavt. Gitt rikdommen av ulike systemtyper og alternativer, kan det ofte være vanskelig å avgjøre om en varmepumpe er det rette alternativet for ditt hjem.

Hvis du vurderer en varmepumpe, har du sannsynligvis en rekke spørsmål, inkludert:

• Hvilke typer varmepumper finnes?
• Hvor mye av mitt årlige varme- og kjølebehov kan en varmepumpe gi?
• Hvilken størrelse varmepumpe trenger jeg til hjemmet mitt og bruksområdet?
• Hvor mye koster varmepumper sammenlignet med andre systemer, og hvor mye kan jeg spare på strømregningen?
• Må jeg gjøre ytterligere endringer i hjemmet mitt?
• Hvor mye service vil systemet kreve?

Dette heftet gir viktige fakta om varmepumper for å hjelpe deg med å være mer informert, og hjelper deg å ta det riktige valget for ditt hjem. Ved å bruke disse spørsmålene som en veiledning, beskriver dette heftet de vanligste typene varmepumper, og diskuterer faktorene som er involvert i valg, installasjon, drift og vedlikehold av en varmepumpe.

Tiltenkt målgruppe

Dette heftet er beregnet på huseiere som leter etter bakgrunnsinformasjon om varmepumpeteknologier for å støtte informert beslutningstaking angående systemvalg og integrasjon, drift og vedlikehold. Informasjonen som gis her er generell, og spesifikke detaljer kan variere avhengig av din installasjon og systemtype. Dette heftet skal ikke erstatte å jobbe med en entreprenør eller energirådgiver, som vil sikre at installasjonen oppfyller dine behov og ønskede mål.

En merknad om energistyring i hjemmet

Varmepumper er svært effektive varme- og kjølesystemer og kan redusere energikostnadene dine betydelig. Når man tenker på boligen som et system, anbefales det at varmetapet fra boligen din minimeres fra områder som luftlekkasje (gjennom sprekker, hull), dårlig isolerte vegger, tak, vinduer og dører.

Å takle disse problemene først kan tillate deg å bruke en mindre varmepumpestørrelse, og dermed redusere varmepumpeutstyrskostnadene og la systemet ditt fungere mer effektivt.

En rekke publikasjoner som forklarer hvordan du gjør dette er tilgjengelig fra Natural Resources Canada.

Hva er en varmepumpe, og hvordan fungerer den?

Varmepumper er en velprøvd teknologi som har blitt brukt i flere tiår, både i Canada og globalt, for å effektivt gi oppvarming, kjøling og i noen tilfeller varmt vann til bygninger. Faktisk er det sannsynlig at du samhandler med varmepumpeteknologi på daglig basis: Kjøleskap og klimaanlegg bruker de samme prinsippene og teknologien. Denne delen presenterer det grunnleggende om hvordan en varmepumpe fungerer, og introduserer ulike systemtyper.

Grunnleggende konsepter for varmepumpe

En varmepumpe er en elektrisk drevet enhet som henter varme fra et lavtemperatursted (en kilde), og leverer den til et høyere temperatursted (en vask).

For å forstå denne prosessen, tenk på en sykkeltur over en bakke: Det kreves ingen innsats for å gå fra toppen av bakken til bunnen, siden sykkelen og rytteren vil bevege seg naturlig fra et høyt sted til et lavere sted. Å gå opp bakken krever imidlertid mye mer arbeid, da sykkelen beveger seg mot den naturlige bevegelsesretningen.

På lignende måte strømmer varmen naturlig fra steder med høyere temperatur til steder med lavere temperaturer (f.eks. om vinteren går varme fra innsiden av bygningen bort til utsiden). En varmepumpe bruker ekstra elektrisk energi for å motvirke den naturlige varmestrømmen, og pumper den tilgjengelige energien på et kaldere sted til et varmere.

Så hvordan varmer eller kjøler en varmepumpe hjemmet ditt? Når energi utvinnes fra en kilde, reduseres temperaturen på kilden. Hvis boligen brukes som kilde, vil termisk energi bli fjernet, og kjøler ned denne plassen. Slik fungerer en varmepumpe i kjølemodus, og er det samme prinsippet som brukes av klimaanlegg og kjøleskap. På samme måte, når energi tilføres til en vask, øker temperaturen. Hvis boligen brukes som vask, tilføres termisk energi som varmer opp plassen. En varmepumpe er fullt reversibel, noe som betyr at den både kan varme og kjøle ned hjemmet ditt, noe som gir komfort hele året.

Kilder og vasker for varmepumper

Å velge kilden og vasken for varmepumpesystemet ditt er langt i å bestemme ytelsen, kapitalkostnadene og driftskostnadene til systemet ditt. Denne delen gir en kort oversikt over vanlige kilder og vasker for boligapplikasjoner i Canada.

Kilder: To kilder til termisk energi er mest brukt til å varme opp boliger med varmepumper i Canada:

• Luftkilde: Varmepumpen trekker varme fra uteluften i fyringssesongen og avviser varme ute i kjølesesongen om sommeren.
• Det kan være overraskende å vite at selv når utetemperaturene er kalde, er det fortsatt en god del energi tilgjengelig som kan hentes ut og leveres til bygget. For eksempel tilsvarer varmeinnholdet i luft ved -18°C 85 % av varmen ved 21°C. Dette gjør at varmepumpen kan gi en god del oppvarming, selv i kaldere vær.
• Luftkildesystemer er de vanligste på det kanadiske markedet, med over 700 000 installerte enheter over hele Canada.
• Denne typen system er omtalt mer detaljert i avsnittet Air-Source Heat Pumps.
• Bakkekilde: En bakkevarmepumpe bruker jorden, grunnvannet eller begge deler som varmekilde om vinteren, og som et reservoar for å avvise varme som fjernes fra hjemmet om sommeren.
• Disse varmepumpene er mindre vanlige enn luftkildeenheter, men blir mer utbredt i alle provinser i Canada. Deres primære fordel er at de ikke er utsatt for ekstreme temperatursvingninger, ved å bruke bakken som en konstant temperaturkilde, noe som resulterer i den mest energieffektive typen varmepumpesystem.
• Denne typen system er diskutert mer detaljert i avsnittet om jordvarmepumper.

Vasker: To vasker for termisk energi er mest brukt til å varme opp boliger med varmepumper i Canada:

• Inneluften varmes opp av varmepumpen. Dette kan gjøres gjennom:Vann inne i bygningen varmes opp. Dette vannet kan deretter brukes til å betjene terminalsystemer som radiatorer, et strålende gulv eller viftekonvektorer via et hydronisk system.
  • Et sentralt kanalsystem el
  • En kanalløs innendørsenhet, for eksempel en veggmontert enhet.

En introduksjon til varmepumpeeffektivitet

Ovner og kjeler gir romoppvarming ved å tilføre varme til luften gjennom forbrenning av et drivstoff som naturgass eller fyringsolje. Selv om effektiviteten har blitt stadig bedre, holder de seg fortsatt under 100 %, noe som betyr at ikke all tilgjengelig energi fra forbrenning brukes til å varme opp luften.

Varmepumper fungerer etter et annet prinsipp. Elektrisitetstilførselen til varmepumpen brukes til å overføre termisk energi mellom to steder. Dette gjør at varmepumpen kan fungere mer effektivt, med typiske virkningsgrader langt over

100 %, dvs. mer termisk energi produseres enn mengden elektrisk energi som brukes til å pumpe den.

Det er viktig å merke seg at effektiviteten til varmepumpen avhenger i stor grad av temperaturen på kilden og vasken. Akkurat som en brattere bakke krever mer innsats for å klatre på en sykkel, krever større temperaturforskjeller mellom kilden og vasken til varmepumpen at den jobber hardere, og kan redusere effektiviteten. Å bestemme riktig størrelse på varmepumpen for å maksimere sesongmessige effektivitet er avgjørende. Disse aspektene er diskutert mer detaljert i delene Luftkildevarmepumper og Jordvarmepumper.

Effektivitetsterminologi

En rekke effektivitetsmålinger brukes i produsentens kataloger, noe som kan gjøre forståelsen av systemets ytelse noe forvirrende for en førstegangskjøper. Nedenfor er en oversikt over noen ofte brukte effektivitetsbegreper:

Steady-State Metrics: Disse målene beskriver varmepumpens effektivitet i en "steady-state", dvs. uten virkelige svingninger i sesong og temperatur. Som sådan kan verdien deres endres betydelig ettersom kilde- og synketemperaturer og andre driftsparametre endres. Steady state-beregninger inkluderer:

Ytelseskoeffisient (COP): COP er et forhold mellom hastigheten varmepumpen overfører termisk energi med (i kW), og mengden elektrisk kraft som kreves for å utføre pumpingen (i kW). For eksempel, hvis en varmepumpe brukte 1kW elektrisk energi for å overføre 3 kW varme, vil COP være 3.

Energy Efficiency Ratio (EER): EER ligner på COP, og beskriver steady-state kjøleeffektiviteten til en varmepumpe. Den bestemmes ved å dele varmepumpens kjølekapasitet i Btu/h med den elektriske energitilførselen i Watt (W) ved en bestemt temperatur. EER er strengt forbundet med å beskrive steady-state kjøleeffektiviteten, i motsetning til COP som kan brukes til å uttrykke effektiviteten til en varmepumpe i både oppvarming og kjøling.

Sesongbaserte ytelsesmålinger: Disse målene er utformet for å gi et bedre estimat av ytelse over en oppvarmings- eller avkjølingssesong, ved å inkludere "virkelige" variasjoner i temperaturer over sesongen.

Sesongbaserte beregninger inkluderer:

• Heating Seasonal Performance Factor (HSPF): HSPF er et forhold mellom hvor mye energi varmepumpen leverer til bygningen over hele fyringssesongen (i Btu), og den totale energien (i wattimer) den bruker i samme periode.

Værdatakarakteristikker for langsiktige klimaforhold brukes til å representere fyringssesongen ved beregning av HSPF. Denne beregningen er imidlertid vanligvis begrenset til én enkelt region, og representerer kanskje ikke fullstendig ytelse i Canada. Noen produsenter kan tilby en HSPF for en annen klimaregion på forespørsel; Imidlertid rapporteres vanligvis HSPF-er for region 4, som representerer klima som ligner på Midtvest-USA. Region 5 ville dekke det meste av den sørlige halvdelen av provinsene i Canada, fra BC-interiøret gjennom New BrunswickFotnote1.

• Seasonal Energy Efficiency Ratio (SEER): SEER måler kjøleeffektiviteten til varmepumpen over hele kjølesesongen. Den bestemmes ved å dele den totale kjølingen som tilbys over kjølesesongen (i Btu) med den totale energien som brukes av varmepumpen i løpet av den tiden (i watt-timer). SEER er basert på et klima med en gjennomsnittlig sommertemperatur på 28°C.

Viktig terminologi for varmepumpesystemer

Her er noen vanlige begreper du kan komme over mens du undersøker varmepumper.

Komponenter i varmepumpesystemet

Kuldemediet er væsken som sirkulerer gjennom varmepumpen, vekselvis absorberer, transporterer og avgir varme. Avhengig av plasseringen kan væsken være flytende, gassformig eller en gass/dampblanding

Vendeventilen styrer strømningsretningen til kuldemediet i varmepumpen og endrer varmepumpen fra varme- til kjølemodus eller omvendt.

En spole er en sløyfe, eller løkker, av rør hvor varmeoverføring mellom kilden/vasken og kjølemediet finner sted. Slangen kan ha finner for å øke overflatearealet som er tilgjengelig for varmeveksling.

Fordamperen er en spiral der kjølemediet absorberer varme fra omgivelsene og koker til en lavtemperaturdamp. Når kjølemediet passerer fra reverseringsventilen til kompressoren, samler akkumulatoren opp eventuell overflødig væske som ikke fordampet til en gass. Ikke alle varmepumper har imidlertid akkumulator.

Kompressoren klemmer molekylene i kjølegassen sammen, og øker temperaturen på kjølemediet. Denne enheten hjelper til med å overføre termisk energi mellom kilden og vasken.

Kondensatoren er en spiral der kjølemediet avgir varme til omgivelsene og blir til en væske.

Ekspansjonsanordningen senker trykket som skapes av kompressoren. Dette fører til at temperaturen synker, og kjølemediet blir en lavtemperatur damp/væskeblanding.

Utedelen er der varme overføres til/fra uteluften i en luftvarmepumpe. Denne enheten inneholder vanligvis en varmevekslerspole, kompressoren og ekspansjonsventilen. Det ser ut og fungerer på samme måte som utendørsdelen av et klimaanlegg.

Innendørsbatteriet er der varme overføres til/fra inneluft i visse typer luftvarmepumper. Generelt inneholder innendørsenheten en varmevekslerspole, og kan også inkludere en ekstra vifte for å sirkulere oppvarmet eller avkjølt luft til den okkuperte plassen.

Plenum, kun sett i kanalinstallasjoner, er en del av luftdistribusjonsnettverket. Plenumet er et luftrom som inngår i systemet for fordeling av oppvarmet eller avkjølt luft gjennom huset. Det er vanligvis et stort rom rett over eller rundt varmeveksleren.

Andre vilkår

Måleenheter for kapasitet eller strømforbruk:

• En Btu/h, eller britisk termisk enhet per time, er en enhet som brukes til å måle varmeeffekten til et varmesystem. En Btu er mengden varmeenergi som gis fra et typisk bursdagslys. Hvis denne varmeenergien ble frigjort i løpet av én time, ville det tilsvare én Btu/t.
• En kW, eller kilowatt, er lik 1000 watt. Dette er mengden strøm som kreves av ti 100-watts lyspærer.
• Et tonn er et mål på varmepumpens kapasitet. Det tilsvarer 3,5 kW eller 12 000 Btu/t.

Luft-kilde varmepumper

Luftvarmepumper bruker uteluften som en kilde til termisk energi i varmemodus, og som en vask for å avvise energi i kjølemodus. Disse typer systemer kan generelt deles inn i to kategorier:

Luft-luft varmepumper. Disse enhetene varmer eller kjøler ned luften inne i hjemmet ditt, og representerer det store flertallet av luftkildevarmepumpeintegrasjoner i Canada. De kan klassifiseres ytterligere etter type installasjon:

• Kanal: Innendørsbatteriet til varmepumpen er plassert i en kanal. Luft varmes eller avkjøles ved å passere over spolen, før den distribueres via kanalnettet til ulike steder i boligen.
• Kanalfri: Innendørsbatteriet til varmepumpen er plassert i en innendørsenhet. Disse innendørsenhetene er vanligvis plassert på gulvet eller veggen i en okkupert plass, og varmer eller avkjøler luften i det rommet direkte. Blant disse enhetene kan du se begrepene mini- og multi-split:
  • Mini-Split: En enkelt innendørsenhet er plassert inne i hjemmet, betjent av en enkelt utendørsenhet.
  • Multi-Split: Flere innendørsenheter er plassert i hjemmet, og betjenes av en enkelt utendørsenhet.

Luft-luftsystemer er mer effektive når temperaturforskjellen mellom inne og ute er mindre. På grunn av dette prøver luft-luft-varmepumper generelt å optimere effektiviteten ved å gi et høyere volum varmluft, og varme opp luften til en lavere temperatur (normalt mellom 25 og 45°C). Dette står i kontrast til ovnssystemer, som leverer et mindre volum luft, men som varmer opp luften til høyere temperaturer (mellom 55°C og 60°C). Hvis du bytter til en varmepumpe fra en ovn, vil du kanskje legge merke til dette når du begynner å bruke din nye varmepumpe.

Luft-vann varmepumper: Mindre vanlige i Canada, luft-vann varmepumper varmer eller kjøler vann, og brukes i hjem med hydroniske (vannbaserte) distribusjonssystemer som lavtemperaturradiatorer, strålegulv eller viftekonvektorer. I varmemodus gir varmepumpen termisk energi til det hydroniske systemet. Denne prosessen reverseres i kjølemodus, og termisk energi trekkes ut fra det hydroniske systemet og avvises til uteluften.

Driftstemperaturer i det hydroniske systemet er kritiske ved evaluering av luft-vann varmepumper. Luft-vann-varmepumper fungerer mer effektivt når vannet varmer opp til lavere temperaturer, dvs. under 45 til 50°C, og passer dermed bedre til strålegulv eller viftekonvektorsystemer. Det bør utvises forsiktighet hvis man vurderer bruk med høytemperaturradiatorer som krever vanntemperaturer over 60°C, da disse temperaturene generelt overskrider grensene for de fleste boligvarmepumper.

Store fordeler med luftvarmepumper

Å installere en luftvarmepumpe kan gi deg en rekke fordeler. Denne delen utforsker hvordan luftvarmepumper kan være til nytte for husholdningens energifotavtrykk.

Effektivitet

Den største fordelen med å bruke en luftkildevarmepumpe er den høye effektiviteten den kan gi ved oppvarming sammenlignet med typiske systemer som ovner, kjeler og elektriske gulvlister. Ved 8°C varierer ytelseskoeffisienten (COP) for luftvarmepumper vanligvis fra mellom 2,0 og 5,4. Dette betyr at for enheter med en COP på 5, overføres 5 kilowattimer (kWh) varme for hver kWh strøm som tilføres varmepumpen. Når utelufttemperaturen synker, blir COP-ene lavere, da varmepumpen må jobbe over en større temperaturforskjell mellom inne- og uterommet. Ved –8 °C kan COPs variere fra 1,1 til 3,7.

På sesongbasert basis kan oppvarmingssesongens ytelsesfaktor (HSPF) for markedstilgjengelige enheter variere fra 7,1 til 13,2 (Region V). Det er viktig å merke seg at disse HSPF-estimatene er for et område med et klima som ligner på Ottawa. Faktiske besparelser er svært avhengig av plasseringen av varmepumpeinstallasjonen.

Energisparing

Den høyere effektiviteten til varmepumpen kan føre til betydelige energireduksjoner. Faktiske besparelser i huset ditt vil avhenge av en rekke faktorer, inkludert ditt lokale klima, effektiviteten til ditt nåværende system, størrelse og type varmepumpe, og kontrollstrategien. Mange online kalkulatorer er tilgjengelige for å gi et raskt estimat av hvor mye energibesparelse du kan forvente for din spesifikke applikasjon. NRCans ASHP-Eval-verktøy er fritt tilgjengelig og kan brukes av installatører og mekaniske designere for å gi råd om situasjonen din.

Hvordan fungerer en luftkildevarmepumpe?

Avskrift

En luftvarmepumpe har tre sykluser:

• Oppvarmingssyklusen: Tilførsel av termisk energi til bygningen
• Avkjølingssyklusen: Fjerning av termisk energi fra bygningen
• Avrimingssyklusen: Fjerning av rim
• oppbygging på utendørs spoler

Oppvarmingssyklusen

Bemerke:

Noen av artiklene er hentet fra Internett. Hvis det er noen krenkelse, vennligst kontakt oss for å slette den. Hvis du er interessert i varmepumpeprodukter, ta gjerne kontakt med OSB varmepumpefirma, vi er ditt beste valg.