5 typov tepelných čerpadiel na vykurovanie a chladenie domu

Ak uvažujete o systém tepelného čerpadla Namiesto tradičnej pece (alebo kotla) a klimatizácie na vykurovanie a chladenie domácnosti budete mať k dispozícii niekoľko druhov tepelných čerpadiel. Tepelné čerpadlá sa líšia od tradičných vykurovacích / chladiacich systémov, pretože sú určené na presun tepla z exteriéru do interiéru (alebo naopak) skôr na výrobu tepla. Z tohto dôvodu sú podstatne energeticky efektívnejšie ako systémy spaľujúce palivo - majú však obmedzenia, pretože v extrémne teplom alebo chladnom podnebí nemusia fungovať veľmi dobre.

V rámci tohto všeobecného princípu pohybu tepla sa niektoré typy tepelných čerpadiel líšia svojou konštrukciou využívanie vonkajšieho vzduchu ako zdroja tepla a iné využitie samotnej Zeme alebo vodného útvaru ako tepla zdroj.

1. Tepelné čerpadlá zdroja vzduchu

Princíp činnosti tepelného čerpadla vzduch-zdroj je dosť podobný fungovaniu centrálnej klimatizácie, okennej klimatizácie alebo dokonca chladničky. Všetky tieto zariadenia prenášajú teplo na princípe, podľa ktorého sa kvapalina expandujúca do plynu ochladzuje (rovnakým spôsobom že odparujúci sa pot z pokožky poskytuje ochladenie), zatiaľ čo sa rovnaký plyn zahrieva, pretože je stlačený späť do a tekutý. Slučky potrubia naplnené chemickým chladivom a poháňané mechanickými kompresormi a expandérmi riadia, ako a kde sa kvapalina rozpína ​​do plynu a je stlačená späť do kvapaliny.

Rozdiel medzi štandardnou klimatizáciou alebo chladničkou a vzduchové tepelné čerpadlo spočíva v tom, že tepelné čerpadlo je reverzibilné, takže mechanizmus môže prenášať vnútorné teplo do exteriéru (chladiaci cyklus) alebo prenášať vonkajšie teplo do interiéru (ak pracuje ako ohrievač). Konvenčná klimatizácia je na druhej strane jednoduché jednosmerné tepelné čerpadlo určené na to, aby absorbovalo iba vnútorné teplo a vypúšťalo ho von.

Tepelné čerpadlá typu vzduch sú najbežnejšou formou tepelného čerpadla pre domáce vykurovacie / chladiace systémy. Pôvodne boli niektoré tepelné čerpadlá typu vzduch, najmä systémy mini-split, primárne chladiace systémy a neboli také účinné na zabezpečenie tepla v regiónoch s predĺženým podzmrazovaním teploty. Dnešné systémy tepelných čerpadiel so zdrojom vzduchu však ponúkajú životaschopnú alternatívu k elektrickým peciam alebo vykurovacie systémy základnej dosky pri teplotách do nula stupňov Fahrenheita. V režime vykurovania môžu byť tepelné čerpadlá typu vzduch zhruba o 50 percent lacnejšie ako vykurovanie domu elektrickým kúrením na doskách alebo elektrickou pecou s núteným obehom vzduchu. Tepelné čerpadlá typu vzduch sú tiež o niečo účinnejšie ako tradičné klimatizačné systémy pri odstraňovaní vlhkosti z domu.

Inštalácia tepelných čerpadiel so zdrojom vzduchu so systémom fúkania núteným vzduchom zvyčajne stojí 4 000 až 8 000 dolárov. To je podstatne viac ako priemerné náklady na výmenu pece s núteným obehom vzduchu, ale úspory energie rýchlo vrátia ďalšie investície. V porovnaní s elektrickou pecou s núteným obehom vzduchu šetria tepelné čerpadlá prevádzkové náklady 30 až 70 percent, pričom sa samy vyplatia do piatich až 12 rokov.

Káblové tepelné čerpadlá Minisplit

Veľmi populárna forma vzduchového tepelného čerpadla pre domáce použitie sa všeobecne označuje ako bez potrubia, príp minisplit systém. Tieto systémy fungujú prostredníctvom dvoch mechanických jednotiek: vonkajšej kompresorovej / kondenzátorovej jednotky a jednej alebo viacerých vnútorných jednotiek na úpravu vzduchu obsahujúcich výparník. Manipulátormi vzduchu sú zvyčajne obdĺžnikové boxy, ktoré sedia na stene alebo strope. Plastové rúrky vedú chladivo z kompresora do vzduchotechniky, ktoré môžu byť umiestnené až 50 metrov od seba. Minisplit tepelné čerpadlá tiež obsahujú odtokové potrubie, ktoré umožňuje odvádzanie kondenzovanej vlhkosti von, a vyžadujú pripojenie elektrického kábla na napájanie vzduchotechnickej jednotky (ovzdušia) a vonkajšieho kompresora.

V chladiacom režime je teplo absorbované vo vnútri domu, keď sa chladivo rozširuje vo vnútri špirál v jednotke vzduchotechniky. Potom sa toto teplo uvoľňuje pri prúdení chladiva do vonkajšej jednotky a komprimuje sa. Je to dosť podobné ako v prípade štandardu okenná klimatizácia komponenty kompresora a výparníka môžu byť umiestnené v dosť veľkej vzdialenosti od seba. Minisplits sú tiež oveľa tichšie ako klimatizácie na okná. Minisplitové tepelné čerpadlo je reverzibilné, takže počas chladných dní môžu jednotky absorbovať teplo z vonkajšieho vzduchu a uvoľňovať ho v interiéroch.

Systémy Minisplit sú vynikajúce na dodatočné vybavenie domu bez existujúceho potrubia, napríklad domu s parný alebo teplovodný kotol a radiátory. To vám umožní pridať klimatizáciu do domu, kde je nepraktické pridať potrubie pre a systém núteného vzduchu, a má ďalšiu výhodu v tom, že poskytuje zdroj tepla na odľahčenie kotla alebo pece.

Tieto systémy ponúkajú veľkú flexibilitu, pretože jeden vonkajší kompresor / kondenzátor môže slúžiť až toľko štyri vnútorné jednotky na úpravu vzduchu, každá fungujúca ako samostatná zóna s vlastným termostatom a kontrolór. Potrubie, ktoré premiestňuje chladivo medzi vonkajšími a vnútornými komponentmi, vyžaduje iba 3-palcový otvor v stene, a pretože tu nie je potrubie na vyžarovanie tepelnej energie, sú to veľmi účinné systémy, ktoré sú až o 30 percent efektívnejšie ako centrálne klimatizácie s núteným obehom vzduchu, ktoré strácajú značné množstvo energie pre potrubie vedené cez steny alebo podkrovia.

Nevýhodou je, že inštalácia minisplitov môže byť nákladnejšia ako kompresor centrálneho klimatizačného zariadenia, ktorý využíva nútený vzduch a vyžadujú inštalatéra, ktorý je zručný v výbere správnej veľkosti a umiestnení manipulátorov vzduchu vo vnútri správne. Prevádzka príliš veľkého systému alebo systému, kde sú manipulátory zle umiestnené, bude prevádzka nákladná.

Podľa národných štatistík je inštalácia systému minisplit zhruba o 30 percent nákladnejšia ako tradičného potrubného systému pre novú výstavbu, aj keď to môže byť cenovo dostupnejšie pre dodatočné vybavenie inštalácií, kde môže byť inštalácia nového potrubia veľmi náročná komplikované. Národný priemer je asi 3 000 až 4 000 dolárov za základnú minisplitovú jednotku s veľkosťou 12 000 BTU a jedným vybavovačom vzduchu v miestnosti. Plánujte výdavky okolo ďalších 1 000 dolárov na každého ďalšieho obslužného člena vnútorného vzduchu. Jeden národný prieskum ukazuje v priemere 5 600 dolárov za profesionálnu inštaláciu systému minisplit.

Aj keď sa to môže zdať drahé, počas životnosti systému môžete dobre dosiahnuť vyššie náklady prostredníctvom úspor energie.

Tepelné čerpadlá na okná

Relatívne novým vstupom do sveta tepelných čerpadiel je tepelné čerpadlo okennej jednotky, ktorá vyzerá a funguje podobne ako klimatizácia na okná, s jedným dôležitým rozdielom: je reverzibilná, takže môže miestnosť ochladiť alebo vykurovať. Najmenšie jednotky stoja 500 až 700 dolárov, zatiaľ čo väčšie jednotky s hodnotením BTU až 25 000 môžu stáť takmer 2 000 dolárov. Tieto jednotky môžu byť dobrou voľbou pre obyvateľov bytov, ktorí hľadajú jednotku na chladenie a vykurovanie miestnosti alebo na kúrenie majitelia domov, ktorí hľadajú spôsob, ako zabezpečiť pomocné chladenie a kúrenie pre doplnenie alebo dokončenie novej miestnosti podkrovie. Mnoho popredných výrobcov v súčasnosti vyrába tieto okenné jednotky pre kúrenie / chladenie vrátane spoločností Amana, LG, Comfort Aire a General Electric. Často sa predávajú ako „klimatizačné zariadenia na chladenie a chladenie“, ale je to dizajn klasického tepelného čerpadla so zdrojom vzduchu.

2. Tepelné čerpadlá zem-zdroj

Zemné tepelné čerpadlá zvyčajne pracujú tak, že cirkulujú nemrznúce / chladiace roztoky, ktoré prechádzajú rozsiahlou potrubnou slučkou zakopanou v pôde pod hranicou mrazu. Existuje celý rad metód prevádzkovania týchto hadičiek na základe logistiky staveniska. Rovnako ako v prípade systémov tepelných čerpadiel so zdrojom vzduchu, nemrznúca zmes absorbuje a uvoľňuje svoje teplo v dôsledku expanzného / kompresného cyklu určeného mechanickým kompresorom, expanzným ventilom a výparníkom. Systém zhromažďuje teplo na jednom konci a na druhom konci ho uvoľňuje. Počas zimnej vykurovacej sezóny systém absorbuje teplo zo zeme a uvoľňuje ho v interiéroch; proces je počas letnej chladiacej sezóny obrátený.

Existuje niekoľko variácií v tom, ako sú tieto systémy potrubné. Systémy s uzavretým okruhom všeobecne používajú nemrznúcu kvapalinu pretekajúcu uzavretým systémom potrubí, ale existujú tiež systémy s otvoreným okruhom, ktoré využívajú ako cirkulujúcu tekutinu zakopanú podzemnú vodu alebo vodu z jazera / rybníka hadičky. Takéto systémy sú možné, iba ak to umožňujú miestne predpisy a kvalita vody.

Inštalácia tepelných čerpadiel typu zem-zdroj stojí podstatne viac ako iných typov tepelných čerpadiel, pretože zahŕňajú rozsiahly výkop pre vedenie podzemných potrubí. Očakávajte, že investujete 15 000 až 25 000 dolárov do inštalácie nového tepelného čerpadla zo zeme s podzemnými hadicami. Ich nepretržitá prevádzka však stojí oveľa menej, čo vedie k dlhodobým úsporám. Niektoré z týchto systémov môžu navyše ohrievať vodu aj na sálavé podlahové systémy alebo na faucetové batérie v domácnosti.

3. Tepelné čerpadlá zdroja vody

Iná forma geotermálneho čerpadla je taká, ktorá využíva ako zdroj tepla vodnú plochu, napríklad jazero alebo veľký rybník. Uzavretý a utesnený systém potrubia naplneného chladivom je obklopený najmenej 8 stôp pod povrchom vhodnej vodnej plochy a toto jazero alebo rybník poskytuje zdroj tepla používaný v systéme. Rovnako ako systémy zemného zdroja, kompresor a výparník menia chladivo vo vnútri potrubia z plynu na kvapalinu a prenášajú ju teplo - z vody do domu na vykurovaciu sezónu a z domu do vody počas chladenia sezóna.

Inštalácia systémov vodných zdrojov môže byť lacnejšia, pretože nie je potrebné rozsiahle hĺbenie, aby sa potrubie zakopalo do zeme, ale podliehajú mnohým predpisom, pretože vedenie potrubia naplneného chladivom je utesnené a izolované od vody nevyhnutné.

4. Hybridné tepelné čerpadlá

Existujú obytné vykurovacie / chladiace systémy, ktoré zahŕňajú tepelné čerpadlo aj tradičné komponenty HVAC s núteným obehom vzduchu. Okrem pece s núteným vzduchom je systém vybavený vonkajšou jednotkou tepelného čerpadla (zvyčajne typu vzduchového zdroja), ktorá zvláda vykurovacie a chladiace činnosti počas období s nízkou spotrebou. Počas veľmi chladných alebo veľmi teplých období je aktivovaný tradičný systém HVAC.

Dobrou voľbou v extrémnych klimatických podmienkach je a hybridný systém v situáciách, keď systém iba s tepelným čerpadlom nemusí byť vždy schopný zvládnuť svoje povinnosti. Sú tiež dobrou voľbou, keď tradičná pec musí byť skôr elektrická ako zemný plyn. Samotné vykurovanie elektrickou pecou môže byť nákladným problémom.

5. Absorpčné tepelné čerpadlá

Existuje ešte jeden menej obvyklý dizajn tepelného čerpadla, ktorý sa nehodí do kategórie zdrojov vzduchu, do dvoch geotermálnych typov alebo do kategórie hybridných. Táto konštrukcia známa ako absorpčné tepelné čerpadlo využíva na zabezpečenie kúrenia a chladenia absorpčný cyklus amoniak-voda. Rovnakým spôsobom ako štandardné tepelné čerpadlo sa čpavkové chladivo kondenzuje v jednej špirále na uvoľnenie tepla a potom sa jeho tlak uvoľňuje prostredníctvom expanzného mechanizmu na absorbovanie tepla. Keď systém absorbuje teplo z vášho domova, poskytuje chladenie; keď uvoľňuje teplo do interiéru vášho domu, poskytuje kúrenie.

Rozdiel v dizajne spočíva v tom, že v absorpčnom tepelnom čerpadle nie je odparený amoniak priamo je stlačený kompresorom, ale namiesto toho je absorbovaný do vody predtým, ako je stlačený relatívne čerpadlo s nízkym výkonom. Na uvoľnenie rozpusteného amoniaku z vody na druhom konci cyklu vyžaduje systém zdroj tepla, napríklad plynový horák alebo elektrický zdroj tepla.

Tieto systémy sú pomerne zriedkavé pre všetky obytné domy okrem tých najväčších. Majú zmysel iba pre domy väčšie ako 4 000 štvorcových stôp.