De 5 soorten warmtepompen voor verwarming en koeling van woningen

Als u overweegt een warmtepomp systeem in plaats van een traditionele oven (of boiler) en airconditioner voor het verwarmen en koelen van uw huis, heeft u verschillende soorten warmtepompen waaruit u kunt kiezen. Warmtepompen verschillen van traditionele verwarmings-/koelsystemen omdat ze zijn ontworpen om warmte van buiten naar binnen (of omgekeerd) te verplaatsen in plaats van warmte te genereren. Om deze reden zijn ze aanzienlijk energiezuiniger dan brandstofverbrandende systemen - maar ze hebben beperkingen omdat ze mogelijk niet zo goed werken in extreem warme of koude klimaten.

Binnen dit algemene principe van het verplaatsen van warmte, variëren de verschillende typen warmtepompen in ontwerp, met enkele buitenlucht gebruiken als warmtebron en anderen de aarde zelf of een waterlichaam als warmte gebruiken bron.

1. Luchtbron warmtepompen

Het werkingsprincipe van een lucht-water-warmtepomp is vrij gelijkaardig aan de werking van een centrale airconditioner, een raam-airconditioner of zelfs een koelkast. Al deze apparaten dragen warmte over volgens het principe waarbij een vloeistof die uitzet in een gas afkoelt (op dezelfde manier) dat zweet dat van je huid verdampt voor verkoeling zorgt), terwijl hetzelfde gas opwarmt als het weer wordt samengeperst tot een vloeistof. Leidingenlussen gevuld met een chemisch koelmiddel en aangedreven door mechanische compressoren en expanders bepalen hoe en waar de vloeistof uitzet tot een gas en weer samengeperst wordt tot een vloeistof.

Het verschil tussen een standaard airconditioner of koelkast en een lucht-bron warmtepomp is dat de warmtepomp omkeerbaar is, zodat het mechanisme de warmte van de binnenruimte naar buiten kan overbrengen (de koelcyclus) of de warmte van de buitenlucht naar binnen kan overbrengen (bij gebruik als verwarming). Een conventionele airconditioner daarentegen is een eenvoudige eenrichtingswarmtepomp die is ontworpen om alleen warmte binnenshuis op te nemen en buiten af ​​te voeren.

Lucht-water warmtepompen zijn de meest voorkomende vorm van warmtepomp voor residentiële verwarmings-/koelsystemen. Oorspronkelijk waren sommige lucht-water warmtepompen, met name minisplit-systemen, voornamelijk koelsystemen en waren niet zo effectief voor het leveren van warmte in regio's met langdurige ondervriest temperaturen. De huidige lucht-warmtepompsystemen bieden echter een levensvatbaar alternatief voor elektrische ovens of plint verwarmingssystemen bij temperaturen tot nul graden Fahrenheit. In de verwarmingsmodus kunnen luchtwarmtepompen ongeveer 50 procent goedkoper zijn dan het verwarmen van een huis met elektrische plintverwarming of met een elektrische heteluchtoven. Lucht/water warmtepompen zijn ook iets efficiënter dan traditionele airconditionersystemen bij het verwijderen van vocht uit een huis.

Luchtwarmtepompen met een geforceerd luchtblazersysteem kosten doorgaans $ 4.000 tot $ 8.000 om te installeren. Dit is aanzienlijk meer dan de gemiddelde kosten voor het vervangen van een heteluchtoven, maar energiebesparingen zullen de extra investering snel terugverdienen. Vergeleken met een elektrische heteluchtoven besparen warmtepompen 30 tot 70 procent op de bedrijfskosten en betalen ze zichzelf binnen vijf tot twaalf jaar terug.

Kanaalloze Minisplit-warmtepompen

Een zeer populaire vorm van lucht/water warmtepomp voor residentieel gebruik wordt over het algemeen beschreven als een kanaalloze, of, minisplit-systeem. Deze systemen werken door middel van twee mechanische units: een buitencompressor/condensorunit en een of meer binnenluchtbehandelingsunits met daarin een verdamper. De luchtbehandelingskasten zijn meestal rechthoekige dozen die op een muur of plafond zitten. Kunststof leidingen voeren het koelmiddel van de compressor naar de luchtbehandelingsunit, die tot wel 15 meter uit elkaar kan worden geplaatst. Minisplit-warmtepompen hebben ook een afvoerleiding om gecondenseerd vocht naar buiten te laten weglopen, en ze hebben een elektrische kabelverbinding nodig om de binnenluchtbehandelaar(s) en de buitencompressor van stroom te voorzien.

In de koelmodus wordt warmte in het huis geabsorbeerd terwijl het koelmiddel uitzet in de spoelen in de luchtbehandelingsunit. Vervolgens komt die warmte vrij wanneer het koelmiddel naar de buitenunit stroomt en wordt gecomprimeerd. Dit is vrij gelijkaardig aan de manier waarop een standaard raam airconditioner werkt, behalve dat de componenten van de compressor en de verdamper vrij ver uit elkaar kunnen worden geplaatst. Minisplits zijn ook veel stiller dan raamairconditioners. Een minisplit-warmtepomp is omkeerbaar zodat de units tijdens koude dagen warmte uit de buitenlucht kunnen opnemen en binnen kunnen afgeven.

Minisplit-systemen zijn uitstekend geschikt voor montage achteraf in een woning zonder bestaand leidingwerk, zoals een woning met een stoom- of heetwaterboiler en radiatoren. Hiermee kunt u airconditioning toevoegen aan een huis waar het onpraktisch is om leidingwerk toe te voegen voor een geforceerde lucht systeem, en het heeft als bijkomend voordeel dat het een warmtebron vormt om de ketel of oven te ontlasten.

Deze systemen bieden een grote flexibiliteit, aangezien een enkele buitencompressor/condensor zoveel kan dienen als vier binnenluchtbehandelingsunits, elk werkend als een aparte zone met een eigen thermostaat en controleur. De leidingen die het koelmiddel tussen de buiten- en binnencomponenten verplaatsen, hebben slechts een gat van 3 inch in de muur nodig, en aangezien er geen leidingwerk is om thermische energie uit te stralen, zijn deze zeer efficiënte systemen die tot 30 procent efficiënter zijn dan centrale airconditioners met geforceerde lucht, die een aanzienlijke hoeveelheid energie verliezen aan kanalen die door muren of zolders.

Aan de andere kant kunnen minisplits duurder zijn om te installeren dan een centrale airconditionercompressor die geforceerde lucht gebruikt kanaalwerk, en ze hebben een installateur nodig die bekwaam is in het kiezen van de juiste maat en het plaatsen van de binnenluchtbehandelingskasten correct. Een systeem dat te groot is of een systeem waarbij de luchtbehandelingssystemen slecht geplaatst zijn, zal duur in het gebruik zijn.

Volgens nationale statistieken is een minisplitsysteem ongeveer 30 procent duurder om te installeren dan een traditioneel kanaalsysteem voor nieuwbouw, hoewel het betaalbaarder kan zijn voor retrofit-installaties, waar het installeren van nieuwe kanalen erg kan zijn ingewikkeld. Het nationale gemiddelde is ongeveer $ 3.000 tot $ 4.000 voor een standaard 12.000 BTU minisplit-eenheid met een enkele binnenluchtbehandeling. Plan om ongeveer $ 1.000 meer uit te geven voor elke extra binnenluchtbehandeling. een nationaal onderzoek toont een gemiddelde van $ 5.600 voor professionele installatie van een minisplit-systeem.

Hoewel dit misschien duur lijkt, kunt u gedurende de levensduur van het systeem de hogere kosten terugverdienen door energiebesparingen.

Raam Warmtepompen

Een relatief nieuwe instap in de warmtepompwereld is de raam-unit warmtepomp, die eruitziet en werkt als een raamairconditioner, met één belangrijk verschil: hij is omkeerbaar, zodat hij een kamer kan koelen of verwarmen. De kleinste eenheden kosten $ 500 tot $ 700, terwijl grotere eenheden met BTU-classificaties tot 25.000 bijna $ 2.000 kunnen kosten. Deze units kunnen een goede optie zijn voor appartementsbewoners die op zoek zijn naar een unit om zowel een kamer te koelen als te verwarmen of voor huiseigenaren die op zoek zijn naar een manier om extra koeling en verwarming te leveren voor een nieuwe of afgewerkte kamer zolder. Veel toonaangevende fabrikanten maken nu deze raamunits voor verwarming/koeling, waaronder Amana, LG, Comfort Aire en General Electric. Ze worden vaak op de markt gebracht als "heat/cool airconditioners", maar het ontwerp is dat van een klassieke lucht-water warmtepomp.

2. Grondbron warmtepompen

Grondwarmtepompen werken meestal door een antivries-/koelmiddeloplossing te circuleren die door een uitgebreide pijplus loopt die in de grond onder de vorstlijn is begraven. Er zijn verschillende methoden om deze slang te laten lopen op basis van de logistiek van de bouwplaats. Net als bij lucht-water warmtepompsystemen, absorbeert en geeft de antivries zijn warmte af door een expansie-/compressiecyclus die wordt bepaald door een mechanische compressor, expansieklep en verdamper. Het systeem verzamelt aan de ene kant warmte en geeft deze aan de andere kant weer af. Tijdens het stookseizoen in de winter neemt het systeem warmte van de aarde op en geeft deze binnen af; het proces wordt omgekeerd tijdens het zomerkoelseizoen.

Er zijn verschillende variaties in de manier waarop deze systemen worden doorgesluisd. Gesloten-lussystemen gebruiken over het algemeen een antivries dat door een afgedicht systeem van buizen stroomt, maar er zijn ook open-lussystemen die grondwater of meer-/vijverwater gebruiken als de circulerende vloeistof door de begraven buizen. Dergelijke systemen zijn alleen mogelijk als de lokale regelgeving en de waterkwaliteit dit toelaten.

Grondwarmtepompen kosten aanzienlijk meer om te installeren dan andere typen warmtepompen, omdat er uitgebreide graafwerkzaamheden nodig zijn om ondergrondse leidingen aan te leggen. Verwacht $ 15.000 tot $ 25.000 te besteden aan het installeren van een nieuwe warmtepomp met ondergrondse leidingen. Ze kosten echter veel minder om continu te werken, wat resulteert in besparingen op de lange termijn. Bovendien kunnen sommige van deze systemen het water ook verwarmen voor stralende vloersystemen of voor kraankranen in huis.

3. Waterbron warmtepompen

Een andere vorm van geothermische pomp is er een die een waterlichaam, zoals een meer of een grote vijver, als warmtebron gebruikt. Een gesloten en afgedicht systeem van met koelmiddel gevulde leidingen is minimaal 8 voet onder het oppervlak van een geschikt waterlichaam doorgelust, en dit meer of deze vijver vormt de warmtebron die door het systeem wordt gebruikt. Net als grondbronsystemen veranderen een compressor en verdamper het koelmiddel in de leidingen van gas naar vloeistof om over te dragen de warmte - van het water en in het huis voor het stookseizoen en van het huis in het water tijdens de koeling seizoen.

Waterbronsystemen kunnen goedkoper zijn om te installeren, omdat er geen uitgebreide graafwerkzaamheden nodig zijn om de leidingen in de aarde te begraven, maar ze zijn onderworpen aan veel voorschriften, aangezien het afgedicht en geïsoleerd van het water houden van de met koelmiddel gevulde leidingen is essentieel.

4. Hybride warmtepompen

Er zijn residentiële verwarmings-/koelsystemen die zowel een warmtepomp als traditionele HVAC-componenten met geforceerde lucht bevatten. Naast een heteluchtoven beschikt het systeem over een buitenwarmtepompeenheid (meestal een luchtbrontype) die de verwarmings- en koelingstaken afhandelt tijdens perioden met weinig vraag. Tijdens zeer koude of zeer warme periodes wordt het traditionele HVAC-systeem geactiveerd.

Een goede optie in extreme klimaten is a Hybride systeem in situaties waarin een systeem met alleen een warmtepomp de taken mogelijk niet altijd aankan. Ze zijn ook een goede optie wanneer de traditionele oven elektrisch moet zijn in plaats van aardgas. Verwarmen met alleen een elektrische oven kan een dure aangelegenheid zijn.

5. Absorptie warmtepompen

Er is nog een minder gebruikelijk warmtepompontwerp dat niet past in de categorie luchtbronnen, de twee geothermische typen of de hybride categorie. Dit ontwerp staat bekend als een absorptiewarmtepomp en gebruikt een ammoniak-waterabsorptiecyclus om te zorgen voor verwarming en koeling. Op dezelfde manier als een standaard warmtepomp, wordt het ammoniakkoelmiddel gecondenseerd in één spoel om zijn warmte af te geven, en vervolgens wordt de druk ervan afgelaten via een expansiemechanisme om warmte te absorberen. Wanneer het systeem warmte van binnenuit opneemt, zorgt het voor verkoeling; wanneer het warmte afgeeft aan het interieur van uw huis, zorgt het voor verwarming.

Het verschil in ontwerp is dat in de absorptiewarmtepomp de verdampte ammoniak niet direct is onder druk gezet door een compressor, maar wordt in plaats daarvan geabsorbeerd in water voordat het wordt gecomprimeerd door een relatief pomp met laag vermogen. Om de opgeloste ammoniak aan het andere einde van de cyclus uit het water te halen, heeft het systeem een ​​warmtebron nodig, zoals een gasbrander of elektrische warmtebron.

Deze systemen zijn relatief zeldzaam voor alle, behalve de grootste woonhuizen. Ze hebben alleen zin voor huizen groter dan 4.000 vierkante voet.