Cele 5 tipuri de pompe de căldură pentru încălzirea și răcirea locuințelor

Dacă aveți în vedere o sistem de pompă de căldură mai degrabă decât un cuptor tradițional (sau un cazan) și un aparat de aer condiționat pentru încălzirea și răcirea casei dvs., veți avea mai multe tipuri de pompe de căldură dintre care să alegeți. Pompele de căldură diferă de sistemele tradiționale de încălzire / răcire, deoarece sunt proiectate pentru a muta căldura din exterior în interior (sau invers), mai degrabă pentru a genera căldură. Din acest motiv, acestea sunt mult mai eficiente din punct de vedere energetic decât sistemele de ardere a combustibilului - dar au limitări, deoarece este posibil să nu funcționeze foarte bine în climă extrem de caldă sau rece.

În cadrul acestui principiu general al căldurii în mișcare, diferitele tipuri de pompe de căldură variază ca design, cu unele folosind aerul exterior ca sursă de căldură și altele folosind pământul însuși sau un corp de apă ca căldură sursă.

1. Pompe de căldură cu sursă de aer

Principiul de funcționare al unei pompe de căldură cu sursă de aer este destul de similar cu funcționarea unui aparat de aer condiționat central, a unui aparat de aer condiționat cu fereastră sau chiar a unui frigider. Toate aceste dispozitive transferă căldura prin principiul prin care un lichid care se extinde într-un gaz se răcește (în același mod că transpirația care se evaporă din piele asigură răcire), în timp ce același gaz se încălzește pe măsură ce este comprimat înapoi într-un lichid. Buclele de țevi umplute cu un agent frigorific chimic și acționate de compresoare mecanice și expansoare controlează modul și locul în care lichidul se extinde într-un gaz și este comprimat înapoi într-un lichid.

Diferența dintre un aparat de aer condiționat standard sau frigider și un pompă de căldură sursă de aer este că pompa de căldură este reversibilă, astfel încât mecanismul să poată transfera fie căldura interioară în exterior (ciclul de răcire), fie să transfere căldura exterioară în interior (atunci când funcționează ca încălzitor). Un aparat de aer condiționat convențional, pe de altă parte, este o pompă de căldură simplă într-o singură direcție proiectată să absoarbă doar căldura interioară și să o expulzeze în aer liber.

Pompele de căldură cu sursă de aer sunt cea mai comună formă de pompă de căldură pentru sistemele de încălzire / răcire rezidențiale. Inițial, unele pompe de căldură cu sursă de aer, în special sistemele minisplite, erau în primul rând sisteme de răcire și nu au fost atât de eficiente pentru a furniza căldură în regiunile cu îngheț prelungit temperaturile. Cu toate acestea, sistemele actuale de pompă de căldură cu sursă de aer oferă o alternativă viabilă la cuptoarele electrice sau sisteme de încălzire plinte la temperaturi de până la zero grade Fahrenheit. În modul de încălzire, pompele de căldură cu sursă de aer pot fi cu aproximativ 50% mai ieftine decât încălzirea unei case prin încălzirea plăcii electrice sau cu un cuptor electric cu aer forțat. De asemenea, pompele de căldură cu sursă de aer sunt ceva mai eficiente decât sisteme tradiționale de aer condiționat la îndepărtarea umidității dintr-o casă.

Pompele de căldură cu sursă de aer cu un sistem de suflare cu aer forțat costă de obicei instalarea de la 4.000 până la 8.000 de dolari. Acest lucru este considerabil mai mare decât costul mediu al înlocuirii unui cuptor cu aer forțat, dar economiile de energie vor recupera rapid investiția adăugată. Comparativ cu un cuptor electric cu aer forțat, pompele de căldură economisesc între 30 și 70% din costurile de funcționare, plătindu-se singure în termen de cinci până la 12 ani.

Pompe de căldură minisplite fără conducte

O formă foarte populară de pompă de căldură cu sursă de aer pentru uz rezidențial este, în general, descrisă ca fiind fără conductă sau sistem minisplit. Aceste sisteme funcționează prin intermediul a două unități mecanice: un compresor exterior / unitate de condensare și una sau mai multe unități de tratare a aerului interior care conțin un evaporator. Manipulatoarele de aer sunt de obicei cutii dreptunghiulare care stau pe un perete sau tavan. Țevile de plastic transportă agentul frigorific de la compresor la dispozitivul de tratare a aerului, care poate fi amplasat la o distanță de până la 50 de picioare. Pompe de căldură minisplite încorporează, de asemenea, o linie de scurgere pentru a permite scurgerea umezelii condensate în aer liber și necesită o conexiune prin cablu electric pentru a alimenta dispozitivele de manipulare a aerului interior și compresorul exterior.

În modul de răcire, căldura este absorbită în interior, deoarece agentul frigorific se extinde în interiorul bobinelor din unitatea de tratare a aerului. Apoi, căldura este eliberată pe măsură ce agentul frigorific curge către unitatea exterioară și este comprimat. Acest lucru este destul de similar cu modul în care un standard aparat de aer condiționat pentru geamuri funcționează, cu excepția componentelor compresorului și evaporatorului, care pot fi amplasate la o distanță destul de mare. Minispliturile sunt, de asemenea, mult mai silențioase decât aparatele de aer condiționat pentru ferestre. O pompă de căldură minisplit este reversibilă astfel încât în ​​zilele reci, unitățile să poată absorbi căldura din aerul exterior și să o elibereze în interior.

Sistemele Minisplit sunt excelente pentru modernizarea într-o casă fără conducte existente, cum ar fi o casă cu o cazan cu abur sau apă caldă și radiatoare. Acest lucru vă permite să adăugați aer condiționat la o casă în care nu este practic să adăugați conducte pentru o sistem de aer forțat, și are avantajul suplimentar de a furniza o sursă de căldură pentru a ușura sarcina cazanului sau cuptorului.

Aceste sisteme oferă o mare flexibilitate, întrucât un singur compresor / condensator exterior poate servi cât mai mulți patru unități de tratare a aerului interior, fiecare funcționând ca o zonă separată cu propriul său termostat și controlor. Tubulatura care deplasează agentul frigorific între componentele exterioare și interioare necesită doar o gaură de 3 inci în perete și, deoarece nu există nicio conductă pentru a radia energie termică, acestea sunt sisteme foarte eficiente, care sunt cu până la 30 la sută mai eficiente decât aparatele de aer condiționat centrale cu aer forțat, care pierd o cantitate considerabilă de energie datorită conductelor care trec prin pereți sau mansarde.

Pe dezavantaj, minispliturile pot fi mai scumpe de instalat decât un compresor central de aer condiționat care utilizează aer forțat și necesită un instalator care este priceput în alegerea dimensiunii potrivite și poziționarea dispozitivelor de manipulare a aerului interior corect. Un sistem prea mare sau unul în care dispozitivele de manipulare a aerului sunt prost amplasate va fi costisitor de operat.

Conform statisticilor naționale, un sistem minisplit este cu aproximativ 30 la sută mai scump de instalat decât un sistem tradițional de canalizare pentru construcții noi, deși poate fi mai accesibil pentru instalațiile de modernizare, unde instalarea de conducte noi poate fi foarte mare complicat. Media națională este de aproximativ 3.000 până la 4.000 de dolari pentru o unitate minisplit de bază de 12.000 BTU cu un singur dispozitiv de tratare a aerului interior. Planificați cheltuielile cu aproximativ 1.000 USD în plus pentru fiecare dispozitiv suplimentar de tratare a aerului interior. unu anchetă națională arată în medie 5.600 USD pentru instalarea profesională a unui sistem minisplit.

Deși acest lucru poate părea scump, pe parcursul duratei de viață a sistemului, puteți recupera costul mai mare prin economii de energie.

Pompe de căldură pentru ferestre

O intrare relativ nouă în lumea pompelor de căldură este pompă de căldură cu fereastră, care arată și funcționează la fel ca un aparat de aer condiționat pentru geamuri, cu o diferență importantă: este reversibil, deci poate fie să răcească, fie să încălzească o cameră. Cele mai mici unități costă între 500 și 700 USD, în timp ce unitățile mai mari cu rating BTU de până la 25.000 pot costa aproape 2.000 USD. Aceste unități pot fi o opțiune bună pentru locuitorii de apartamente care sunt în căutarea unei unități atât pentru răcire, cât și pentru încălzirea unei camere sau proprietarii de case care caută o modalitate de a oferi răcire și încălzire auxiliare pentru o nouă cameră adăugată sau finisată pod. Mulți producători de frunte produc acum aceste unități de ferestre de încălzire / răcire, inclusiv Amana, LG, Comfort Aire și General Electric. Sunt adesea comercializate ca „aparate de aer condiționat de căldură / răcire”, dar designul este acela al unei pompe de căldură clasice cu sursă de aer.

2. Pompe de căldură de la sol

Pompele de căldură de la sol funcționează de obicei circulând o soluție antigel / agent frigorific care trece printr-o buclă extinsă de țeavă îngropată în sol sub linia de îngheț. Există o varietate de metode pentru rularea acestui tub bazat pe logistica șantierului. Ca și în cazul sistemelor de pompă de căldură cu sursă de aer, antigelul își absoarbe și eliberează căldura datorită unui ciclu de expansiune / compresie dictat de un compresor mecanic, supapă de expansiune și evaporator. Sistemul colectează căldura la un capăt și o eliberează la celălalt. În timpul sezonului de încălzire de iarnă, sistemul absoarbe căldura de pe pământ și o eliberează în interior; procesul este inversat în timpul sezonului de răcire de vară.

Există mai multe variații în modul în care aceste sisteme sunt canalizate. Sistemele cu buclă închisă utilizează, în general, un antigel care curge printr-un sistem etanș de tuburi, dar există de asemenea, sistemele cu buclă deschisă care folosesc apa subterană sau apa lacului / iazului ca fluid care circulă prin îngropat tubing. Astfel de sisteme sunt posibile numai acolo unde reglementările locale și calitatea apei o permit.

Instalarea pompelor de căldură de la sol costă mult mai mult decât alte tipuri de pompe de căldură, deoarece implică săpături extinse pentru a rula conducte subterane. Vă așteptați să cheltuiți între 15.000 și 25.000 de dolari pentru a instala o nouă pompă de căldură la sol, cu tuburi subterane. Cu toate acestea, acestea costă mult mai puțin să funcționeze continuu, ducând la economii pe termen lung. În plus, unele dintre aceste sisteme pot încălzi și apa sisteme de pardoseli radiante sau pentru robinetele de la robinet în casă.

3. Pompe de căldură cu sursă de apă

O altă formă de pompă geotermală este cea care folosește un corp de apă, cum ar fi un lac sau un iaz mare, ca sursă de căldură. Un sistem închis și sigilat de conducte umplute cu agent frigorific este înconjurat la cel puțin 8 picioare sub suprafața unui corp de apă adecvat, iar acest lac sau iaz furnizează sursa de căldură utilizată de sistem. La fel ca sistemele cu sursă de sol, un compresor și un evaporator schimbă agentul frigorific din interiorul conductelor din gaz în lichid pentru transfer căldura - din apă și în casă pentru sezonul de încălzire și din casă în apă în timpul răcirii sezon.

Sistemele de surse de apă pot fi mai ieftine de instalat, deoarece nu este nevoie de săpături extinse pentru a îngropa conductele în pământ, dar sunt supuse multor reglementări, deoarece păstrarea conductelor umplute cu agent frigorific sigilate și izolate de apă este esenţial.

4. Pompe de căldură hibride

Există sisteme de încălzire / răcire rezidențiale care includ atât o pompă de căldură, cât și componente tradiționale HVAC cu aer forțat. În plus față de un cuptor cu aer forțat, sistemul are o pompă de căldură exterioară (de obicei un tip de sursă de aer) care se ocupă de sarcinile de încălzire și răcire în perioadele cu cerere redusă. În perioadele foarte reci sau foarte calde, sistemul HVAC tradițional este activat.

O opțiune bună în climă extremă este o sistem hibrid în situațiile în care un sistem numai cu pompă de căldură ar putea să nu poată îndeplini în permanență sarcinile. Ele sunt, de asemenea, o opțiune bună atunci când cuptorul tradițional trebuie să fie mai degrabă electric decât gaz natural. Încălzirea cu un cuptor electric poate fi o propunere costisitoare.

5. Pompe de căldură cu absorbție

Există un alt design mai puțin obișnuit al pompei de căldură care nu se încadrează în categoria sursei de aer, cele două tipuri geotermale sau categoria hibridă. Cunoscută sub numele de pompă de căldură de absorbție, acest design utilizează un ciclu de absorbție a amoniacului-apă pentru a asigura încălzirea și răcirea. La fel ca o pompă de căldură standard, agentul frigorific de amoniac este condensat într-o singură bobină pentru a elibera căldura și apoi presiunea acestuia este eliberată printr-un mecanism de expansiune pentru a absorbi căldura. Când sistemul absoarbe căldura din interiorul casei dvs., acesta asigură răcire; atunci când eliberează căldură în interiorul casei dvs., asigură încălzire.

Diferența de proiectare este că în pompa de căldură de absorbție, amoniacul evaporat nu este direct presurizat de un compresor, dar este în schimb absorbit în apă înainte de a fi comprimat de un relativ pompă de putere redusă. Pentru a elibera amoniacul dizolvat din apă la celălalt capăt al ciclului, sistemul necesită o sursă de căldură, cum ar fi un arzător de gaz sau o sursă de căldură electrică.

Aceste sisteme sunt relativ rare pentru toate, cu excepția celor mai mari case rezidențiale. Au sens doar pentru casele mai mari de 4.000 de metri pătrați.