5 typů tepelných čerpadel pro vytápění a chlazení domů

Pokud uvažujete o systém tepelného čerpadla spíše než tradiční pec (nebo kotel) a klimatizaci pro vytápění a chlazení vašeho domu budete mít několik typů tepelných čerpadel, ze kterých si můžete vybrat. Tepelná čerpadla se liší od tradičních systémů vytápění / chlazení, protože jsou navržena tak, aby místo tepla generovala teplo z venku do interiéru (nebo naopak). Z tohoto důvodu jsou podstatně energeticky účinnější než systémy spalující palivo - ale mají svá omezení, protože nemusí fungovat velmi dobře v extrémně horkém nebo chladném podnebí.

V rámci tohoto obecného principu pohybujícího se tepla se různé typy tepelných čerpadel liší v konstrukci využívání venkovního vzduchu jako zdroje tepla a jiné využívání samotné Země nebo vodního útvaru jako tepla zdroj.

1. Tepelná čerpadla vzduch-zdroj

Princip fungování tepelného čerpadla vzduch-zdroj je velmi podobný provozu centrální klimatizace, okenní klimatizace nebo dokonce chladničky. Všechna tato zařízení přenášejí teplo na principu, podle kterého se kapalina expandující do plynu ochladí (stejným způsobem ten pot, který se odpařuje z pokožky, zajišťuje chlazení), zatímco stejný plyn se zahřívá, protože je stlačen zpět do a kapalný. Smyčky potrubí naplněné chemickým chladivem a poháněné mechanickými kompresory a expandéry řídí, jak a kde kapalina expanduje do plynu a je stlačena zpět do kapaliny.

Rozdíl mezi standardní klimatizací nebo lednicí a vzduchové tepelné čerpadlo je, že tepelné čerpadlo je reverzibilní, takže mechanismus může buď přenášet vnitřní teplo do venkovního prostředí (chladicí cyklus), nebo přenášet venkovní teplo do vnitřního prostoru (pracuje-li jako topidlo). Konvenční klimatizace je naproti tomu jednoduché jednosměrné tepelné čerpadlo, které je navrženo tak, aby absorbovalo pouze vnitřní teplo a vytlačovalo ho venku.

Tepelná čerpadla se vzduchem jsou nejběžnější formou tepelného čerpadla pro obytné vytápění / chlazení. Původně byla některá tepelná čerpadla vzduchem, zejména minisplit systémy, primárně chladicími systémy a nebyly tak účinné pro zajištění tepla v oblastech s prodlouženým zamrzáním teploty. Dnešní systémy tepelných čerpadel se vzduchem však nabízejí schůdnou alternativu k elektrickým pecím nebo topné systémy základní desky při teplotách do nula stupňů Fahrenheita. V režimu vytápění mohou být tepelná čerpadla vzduch-zdroj zhruba o 50 procent levnější než vytápění domu elektrickým vytápěním základní desky nebo elektrickou pecí s nuceným oběhem vzduchu. Tepelná čerpadla se vzduchem jsou také o něco účinnější než tradiční klimatizační systémy při odstraňování vlhkosti z domu.

Instalace tepelných čerpadel se vzduchovým ventilátorem se systémem nuceného proudění vzduchu je obvykle 4 000 až 8 000 USD. To je podstatně více než průměrné náklady na výměnu pece s nuceným oběhem vzduchu, ale úspory energie rychle vrátí vynaložené investice. Ve srovnání s elektrickou pecí s nuceným oběhem vzduchu ušetří tepelná čerpadla 30 až 70 procent provozních nákladů a zaplatí se za pět až 12 let.

Bezkanálová tepelná čerpadla Minisplit

Velmi oblíbená forma vzduchového tepelného čerpadla pro domácí použití se obecně označuje jako bezkanálové, nebo minisplit systém. Tyto systémy fungují pomocí dvou mechanických jednotek: venkovní kompresorové / kondenzátorové jednotky a jedné nebo více vnitřních jednotek pro úpravu vzduchu obsahujících výparník. Manipulátory vzduchu jsou obvykle obdélníkové boxy, které sedí na zdi nebo stropu. Plastové trubky vedou chladivo z kompresoru do vzduchotechniky, které mohou být umístěny až 50 stop od sebe. Minisplit tepelná čerpadla také obsahují odtokové potrubí, které umožňuje odvádění kondenzované vlhkosti venku, a vyžaduje připojení elektrického kabelu k napájení vzduchotechniky a venkovního kompresoru.

V režimu chlazení je teplo absorbováno uvnitř domu, protože chladivo expanduje uvnitř spirál v jednotce vzduchotechniky. Poté se toto teplo uvolní, když chladivo proudí do venkovní jednotky a je stlačeno. Je to docela podobné jako u standardu okenní klimatizace součásti kompresoru a výparníku mohou být umístěny docela daleko od sebe. Minisplits jsou také mnohem tišší než okenní klimatizace. Minisplitové tepelné čerpadlo je reverzibilní, takže během chladných dnů mohou jednotky absorbovat teplo z venkovního vzduchu a uvolňovat ho uvnitř.

Systémy Minisplit jsou vynikající pro dovybavení domu bez stávajícího potrubí, jako je dům s parní nebo teplovodní kotel a radiátory. To vám umožní přidat klimatizaci do domu, kde je nepraktické přidat potrubí pro a systém nuceného vzduchu, a má další výhodu spočívající v poskytnutí zdroje tepla pro odlehčení kotle nebo pece.

Tyto systémy nabízejí velkou flexibilitu, protože jediný venkovní kompresor / kondenzátor může obsluhovat až tolik čtyři vnitřní jednotky pro úpravu vzduchu, z nichž každá pracuje jako samostatná zóna s vlastním termostatem a ovladač. Trubky, které přenášejí chladivo mezi vnějšími a vnitřními součástmi, vyžadují pouze 3palcový otvor ve zdi, a protože zde není potrubí pro vyzařování tepelné energie, velmi účinné systémy, které jsou až o 30 procent účinnější než centrální klimatizace s nuceným oběhem vzduchu, které ztrácejí značné množství energie na potrubí procházejícího zdmi nebo podkroví.

Nevýhodou je, že instalace minisplitů může být nákladnější než u centrálního kompresoru klimatizace, který používá nucený vzduch potrubí a vyžadují instalatéra, který má zkušenosti s výběrem správné velikosti a umístěním manipulátorů vnitřního vzduchu správně. Provozování příliš velkého systému nebo systému se špatně umístěnými manipulátory se vzduchem bude nákladné.

Podle národních statistik je instalace systému minisplit zhruba o 30 procent dražší než u tradičního potrubí pro novou výstavbu, i když to může být cenově dostupnější pro dodatečné instalace, kde instalace nového potrubí může být velmi složitý. Celostátní průměr je přibližně 3 000 až 4 000 USD za základní jednotku 12 000 BTU minisplit s jediným vnitřním ovladačem vzduchu. Plánujte utratit přibližně 1 000 $ více za každého dalšího obslužného člena vnitřního vzduchu. Jeden národní průzkum ukazuje v průměru 5 600 $ za profesionální instalaci systému minisplit.

I když se to může zdát drahé, po celou dobu životnosti systému můžete dobře získat vyšší náklady pomocí úspor energie.

Tepelná čerpadla na okna

Relativně novým vstupem do světa tepelných čerpadel je tepelné čerpadlo okenní jednotky, který vypadá a funguje podobně jako okenní klimatizace, s jedním důležitým rozdílem: je reverzibilní, takže může místnost buď ochladit, nebo vytápět. Nejmenší jednotky stojí 500 až 700 USD, zatímco větší jednotky s hodnocením BTU až 25 000 mohou stát téměř 2 000 USD. Tyto jednotky mohou být dobrou volbou pro obyvatele bytů, kteří hledají jednotku pro chlazení nebo vytápění místnosti nebo pro majitelé domů, kteří hledají způsob, jak zajistit pomocné chlazení a vytápění pro nový nebo dokončený doplněk místnosti podkroví. Mnoho předních výrobců nyní vyrábí tyto okenní jednotky pro vytápění / chlazení, včetně Amana, LG, Comfort Aire a General Electric. Často se prodávají jako „klimatizační zařízení pro vytápění / chlazení“, ale design je takový jako u klasického tepelného čerpadla se vzduchem.

2. Tepelná čerpadla země-zdroj

Tepelná čerpadla země-zdroj obvykle fungují tak, že cirkulují nemrznoucí / chladicí roztok, který prochází rozsáhlou smyčkou potrubí zakopanou v půdě pod hranicí mrazu. Existuje celá řada metod pro provozování těchto hadic na základě logistiky staveniště. Stejně jako u systémů tepelných čerpadel se vzduchem nemrznoucí směs absorbuje a uvolňuje své teplo v důsledku expanzního / kompresního cyklu, který je dán mechanickým kompresorem, expanzním ventilem a výparníkem. Systém shromažďuje teplo na jednom konci a uvolňuje jej na druhém konci. Během zimní topné sezóny systém pohlcuje teplo ze Země a uvolňuje jej uvnitř; během letní chladicí sezóny je proces obrácen.

Existuje několik variací v tom, jak jsou tyto systémy potrubí. Systémy s uzavřenou smyčkou obecně používají nemrznoucí kapalinu protékající uzavřeným systémem hadic, ale existují také systémy s otevřenou smyčkou, které používají podzemní vodu nebo vodu z jezera / rybníka jako cirkulující tekutinu skrz pohřben hadice. Takové systémy jsou možné, pouze pokud to umožňují místní předpisy a kvalita vody.

Instalace tepelných čerpadel země-zdroj stojí podstatně více než u jiných typů tepelných čerpadel, protože zahrnují rozsáhlý výkop pro provozování podzemního potrubí. Očekávejte, že utratíte 15 000 až 25 000 USD za instalaci nového tepelného čerpadla země - zdroj s podzemními trubkami. Jejich stálé fungování však stojí mnohem méně, což vede k dlouhodobým úsporám. Některé z těchto systémů navíc mohou vodu ohřívat sálavé podlahové systémy nebo pro faucetové baterie v domácnosti.

3. Tepelná čerpadla zdroje vody

Jinou formou geotermálního čerpadla je takové, které jako zdroj tepla využívá vodní útvar, jako je jezero nebo velký rybník. Uzavřený a utěsněný systém potrubí naplněných chladivem je smyčkovaný nejméně 8 stop pod povrchem vhodného vodního útvaru a toto jezero nebo rybník poskytuje zdroj tepla používaný systémem. Stejně jako systémy země-zdroj mění kompresor a výparník chladivo uvnitř potrubí z plynu na kapalinu a přenáší se teplo - z vody a do domu pro topnou sezónu a z domu do vody během chlazení sezóna.

Instalace systémů vodních zdrojů může být levnější, protože není nutné provádět rozsáhlé výkopové práce, aby se potrubí zakopalo do země, ale podléhají mnoha předpisům, protože vedení potrubí naplněného chladivem je utěsněno a izolováno od vody nezbytný.

4. Hybridní tepelná čerpadla

Existují systémy vytápění / chlazení pro domácnosti, které zahrnují jak tepelné čerpadlo, tak tradiční vzduchotechnické komponenty s nuceným oběhem vzduchu. Kromě pece s nuceným oběhem vzduchu je systém vybaven jednotkou venkovního tepelného čerpadla (obvykle typu vzduchového zdroje), která zvládá úkoly vytápění a chlazení během období s nízkou spotřebou. Během velmi chladných nebo velmi horkých období je aktivován tradiční systém HVAC.

Dobrá volba v extrémních klimatických podmínkách je a hybridní systém v situacích, kdy systém pouze s tepelným čerpadlem nemusí být schopen kdykoli zvládnout úkoly. Jsou také dobrou volbou, když tradiční pec musí být spíše elektrická než zemní plyn. Samotné vytápění elektrickou pecí může být nákladným řešením.

5. Absorpční tepelná čerpadla

Existuje další méně běžný design tepelného čerpadla, který se nehodí do kategorie zdrojů vzduchu, dvou geotermálních typů nebo hybridní kategorie. Tato konstrukce, známá jako absorpční tepelné čerpadlo, využívá k zajištění vytápění a chlazení cyklus absorpce amoniak-voda. Stejným způsobem jako standardní tepelné čerpadlo se čpavkové chladivo kondenzuje v jedné spirále, aby uvolňovalo své teplo, a poté se jeho tlak uvolňuje prostřednictvím expanzního mechanismu, aby absorboval teplo. Když systém absorbuje teplo zevnitř vašeho domu, zajišťuje chlazení; když uvolňuje teplo do interiéru vašeho domu, zajišťuje vytápění.

Rozdíl v konstrukci spočívá v tom, že v absorpčním tepelném čerpadle není odpařený amoniak přímo pod tlakem kompresorem, ale místo toho je absorbován do vody, než je stlačen relativně čerpadlo s nízkým výkonem. K uvolnění rozpuštěného amoniaku z vody na druhém konci cyklu vyžaduje systém zdroj tepla, jako je plynový hořák nebo elektrický zdroj tepla.

Tyto systémy jsou relativně vzácné pro všechny obytné domy kromě největších. Dávají smysl pouze pro domy větší než 4 000 čtverečních stop.