Värme och kyla med en värmepump-del 1

Introduktion

Om du undersöker alternativ för att värma och kyla ditt hem eller minska dina energikostnader, kanske du vill överväga ett värmepumpsystem. Värmepumpar är en beprövad och tillförlitlig teknik i Kanada, som kan ge ditt hem en komfortkontroll året runt genom att leverera värme på vintern, kyla på sommaren och i vissa fall värma upp varmvatten till ditt hem.

Värmepumpar kan vara ett utmärkt val i en mängd olika applikationer, och för både nya bostäder och eftermontering av befintliga värme- och kylsystem. De är också ett alternativ när man byter ut befintliga luftkonditioneringssystem, eftersom den inkrementella kostnaden för att gå från ett endast kylsystem till en värmepump ofta är ganska låg. Med tanke på rikedomen av olika systemtyper och alternativ kan det ofta vara svårt att avgöra om en värmepump är rätt alternativ för ditt hem.

Om du funderar på en värmepump har du troligen ett antal frågor, inklusive:

• Vilka typer av värmepumpar finns tillgängliga?
• Hur mycket av mitt årliga värme- och kylbehov kan en värmepump ge?
• Vilken storlek på värmepump behöver jag för mitt hem och applikation?
• Hur mycket kostar värmepumpar jämfört med andra system, och hur mycket kan jag spara på min energiräkning?
• Kommer jag behöva göra ytterligare ändringar i mitt hem?
• Hur mycket service kommer systemet att kräva?

Det här häftet ger viktig fakta om värmepumpar för att hjälpa dig att bli mer informerad och hjälpa dig att göra rätt val för ditt hem. Med dessa frågor som vägledning beskriver detta häfte de vanligaste typerna av värmepumpar och diskuterar de faktorer som är involverade i val, installation, drift och underhåll av en värmepump.

Målgrupp

Denna broschyr är avsedd för husägare som letar efter bakgrundsinformation om värmepumpstekniker för att stödja välgrundat beslutsfattande angående systemval och integration, drift och underhåll. Informationen som ges här är generell och specifika detaljer kan variera beroende på din installation och systemtyp. Den här broschyren bör inte ersätta att arbeta med en entreprenör eller energirådgivare, som ser till att din installation uppfyller dina behov och önskade mål.

En notering om energihushållning i hemmet

Värmepumpar är mycket effektiva värme- och kylsystem och kan avsevärt minska dina energikostnader. När man tänker på bostaden som ett system, rekommenderas att värmeförlusterna från ditt hem minimeras från områden som luftläckage (genom sprickor, hål), dåligt isolerade väggar, tak, fönster och dörrar.

Om du först tar itu med dessa problem kan du använda en mindre värmepumpsstorlek, vilket minskar kostnaderna för värmepumpsutrustning och låter ditt system arbeta mer effektivt.

Ett antal publikationer som förklarar hur man gör detta finns tillgängliga från Natural Resources Canada.

Vad är en värmepump och hur fungerar den?

Värmepumpar är en beprövad teknik som har använts i årtionden, både i Kanada och globalt, för att effektivt tillhandahålla värme, kyla och i vissa fall varmvatten till byggnader. Faktum är att det är troligt att du interagerar med värmepumpsteknik dagligen: kylskåp och luftkonditioneringsapparater använder samma principer och teknik. Detta avsnitt presenterar grunderna i hur en värmepump fungerar och introducerar olika systemtyper.

Värmepumps grundläggande koncept

En värmepump är en elektriskt driven enhet som utvinner värme från en lågtemperaturplats (en källa) och levererar den till en högre temperaturplats (en diskho).

För att förstå denna process, tänk på en cykeltur över en kulle: Ingen ansträngning krävs för att gå från toppen av kullen till botten, eftersom cykeln och ryttaren kommer att röra sig naturligt från en hög plats till en lägre. Att gå uppför backen kräver dock mycket mer arbete, eftersom cykeln rör sig mot den naturliga rörelseriktningen.

På liknande sätt flödar värme naturligt från platser med högre temperatur till platser med lägre temperaturer (t.ex. på vintern går värme inifrån byggnaden bort till utsidan). En värmepump använder ytterligare elektrisk energi för att motverka det naturliga värmeflödet och pumpar den energi som finns tillgänglig på en kallare plats till en varmare.

Så hur värmer eller kyler en värmepump ditt hem? När energi utvinns från en källa sänks källans temperatur. Om bostaden används som källa, kommer termisk energi att tas bort, vilket kyler detta utrymme. Det är så en värmepump fungerar i kylläge, och det är samma princip som används av luftkonditioneringsapparater och kylskåp. På samma sätt, när energi tillförs ett handfat, ökar dess temperatur. Om bostaden används som handfat tillförs värmeenergi som värmer upp utrymmet. En värmepump är helt reversibel, vilket innebär att den både kan värma och kyla ditt hem, vilket ger komfort året runt.

Källor och sänkor för värmepumpar

Att välja källa och diskbänk för ditt värmepumpsystem räcker långt när det gäller att bestämma prestanda, kapitalkostnader och driftskostnader för ditt system. Det här avsnittet ger en kort översikt över vanliga källor och diskbänkar för bostadsapplikationer i Kanada.

Källor: Två källor för termisk energi används oftast för att värma hem med värmepumpar i Kanada:

• Luftkälla: Värmepumpen hämtar värme från uteluften under uppvärmningssäsongen och avvisar värme utomhus under sommarens kylsäsong.
• Det kan vara förvånande att veta att även när utomhustemperaturerna är låga finns det fortfarande en hel del energi tillgänglig som kan utvinnas och levereras till byggnaden. Till exempel motsvarar värmeinnehållet i luft vid -18°C 85% av värmen vid 21°C. Detta gör att värmepumpen kan ge en hel del uppvärmning, även under kallare väder.
• Luftkällssystem är de vanligaste på den kanadensiska marknaden, med över 700 000 installerade enheter över hela Kanada.
• Denna typ av system diskuteras mer i detalj i avsnittet om luftvärmepumpar.
• Jordvärmepump: En markvärmepump använder jorden, grundvattnet eller båda som värmekälla på vintern och som en reservoar för att avvisa värme som tas bort från hemmet på sommaren.
• Dessa värmepumpar är mindre vanliga än luftkällor, men de blir allt vanligare i alla provinser i Kanada. Deras främsta fördel är att de inte utsätts för extrema temperaturfluktuationer, och använder marken som en konstant temperaturkälla, vilket resulterar i den mest energieffektiva typen av värmepumpssystem.
• Denna typ av system diskuteras mer i detalj i avsnittet om värmepumpar från markkälla.

Diskhoar: Två diskhoar för värmeenergi används oftast för att värma upp hem med värmepumpar i Kanada:

• Inomhusluften värms upp av värmepumpen. Detta kan göras genom: Vatten inuti byggnaden värms upp. Detta vatten kan sedan användas för att betjäna terminalsystem som radiatorer, ett strålande golv eller fläktkonvektorer via ett vattensystem.
  • Ett centralt kanalsystem eller
  • En kanalfri inomhusenhet, till exempel en väggmonterad enhet.

En introduktion till värmepumpens effektivitet

Ugnar och pannor ger rumsuppvärmning genom att tillföra värme till luften genom förbränning av ett bränsle som naturgas eller eldningsolja. Även om effektiviteten kontinuerligt har förbättrats ligger de fortfarande under 100 %, vilket innebär att inte all tillgänglig energi från förbränning används för att värma luften.

Värmepumpar fungerar enligt en annan princip. Eltillförseln till värmepumpen används för att överföra värmeenergi mellan två platser. Detta gör att värmepumpen kan arbeta mer effektivt, med typiska verkningsgrader långt över

100 %, dvs mer termisk energi produceras än den mängd elektrisk energi som används för att pumpa den.

Det är viktigt att notera att värmepumpens effektivitet i hög grad beror på temperaturen på källan och diskbänken. Precis som en brantare backe kräver mer ansträngning för att klättra på en cykel, kräver större temperaturskillnader mellan värmepumpens källa och sänka att den arbetar hårdare, och kan minska effektiviteten. Att bestämma rätt storlek på värmepumpen för att maximera säsongens effektivitet är avgörande. Dessa aspekter diskuteras mer i detalj i avsnitten Luftvärmepumpar och Jordvärmepumpar.

Effektivitetsterminologi

En mängd olika effektivitetsmått används i tillverkarkataloger, vilket kan göra förståelsen av systemets prestanda något förvirrande för en förstagångsköpare. Nedan följer en uppdelning av några vanliga effektivitetstermer:

Steady-State Metrics: Dessa mått beskriver värmepumpens effektivitet i ett "steady-state", dvs utan verkliga fluktuationer i säsong och temperatur. Som sådan kan deras värde ändras avsevärt när käll- och sänktemperaturer och andra driftsparametrar ändras. Steady state-statistik inkluderar:

Prestandakoefficient (COP): COP är ett förhållande mellan den hastighet med vilken värmepumpen överför värmeenergi (i kW) och mängden elektrisk effekt som krävs för att utföra pumpningen (i kW). Till exempel, om en värmepump använde 1kW elektrisk energi för att överföra 3 kW värme, skulle COP vara 3.

Energy Efficiency Ratio (EER): EER liknar COP och beskriver en värmepumps kyleffektivitet i stationärt tillstånd. Den bestäms genom att dividera värmepumpens kylkapacitet i Btu/h med den elektriska energitillförseln i Watt (W) vid en specifik temperatur. EER är strikt förknippat med att beskriva kyleffektiviteten i stationärt tillstånd, till skillnad från COP som kan användas för att uttrycka effektiviteten hos en värmepump vid såväl uppvärmning som kylning.

Säsongsbetonade prestandamått: Dessa mått är utformade för att ge en bättre uppskattning av prestanda under en uppvärmnings- eller kylsäsong, genom att inkludera "verkliga" temperaturvariationer över säsongen.

Säsongsbetonade mätvärden inkluderar:

• Heating Seasonal Performance Factor (HSPF): HSPF är ett förhållande mellan hur mycket energi värmepumpen levererar till byggnaden under hela uppvärmningssäsongen (i Btu), och den totala energin (i wattimmar) den använder under samma period.

Väderdataegenskaper för långsiktiga klimatförhållanden används för att representera uppvärmningssäsongen vid beräkning av HSPF. Den här beräkningen är dock vanligtvis begränsad till en enskild region och kanske inte helt representerar resultatet i Kanada. Vissa tillverkare kan tillhandahålla en HSPF för en annan klimatregion på begäran; men typiskt rapporteras HSPF för region 4, som representerar klimat som liknar Mellanvästern i USA. Region 5 skulle täcka större delen av den södra halvan av provinserna i Kanada, från BC:s inre genom New Brunswick Fotnot1.

• Seasonal Energy Efficiency Ratio (SEER): SEER mäter värmepumpens kyleffektivitet under hela kylsäsongen. Den bestäms genom att dividera den totala kylningen som tillhandahålls under kylsäsongen (i Btu) med den totala energi som värmepumpen använder under den tiden (i wattimmar). SEER baseras på ett klimat med en genomsnittlig sommartemperatur på 28°C.

Viktig terminologi för värmepumpsystem

Här är några vanliga termer du kan stöta på när du undersöker värmepumpar.

Komponenter i värmepumpsystemet

Köldmediet är den vätska som cirkulerar genom värmepumpen och växelvis absorberar, transporterar och avger värme. Beroende på dess placering kan vätskan vara flytande, gasformig eller en gas/ångblandning

Växelventilen styr flödesriktningen för köldmediet i värmepumpen och ändrar värmepumpen från värme- till kylläge eller vice versa.

En spole är en slinga, eller slingor, av rör där värmeöverföring mellan källan/sänkan och köldmediet sker. Slangen kan ha fenor för att öka den tillgängliga ytan för värmeväxling.

Förångaren är en spole där köldmediet absorberar värme från omgivningen och kokar till en lågtemperaturånga. När köldmediet passerar från växelventilen till kompressorn, samlar ackumulatorn upp all överskottsvätska som inte förångades till en gas. Alla värmepumpar har dock inte en ackumulator.

Kompressorn klämmer ihop köldmediegasens molekyler, vilket ökar temperaturen på köldmediet. Denna enhet hjälper till att överföra värmeenergi mellan källan och diskhon.

Kondensorn är en spole där köldmediet avger värme till sin omgivning och blir en vätska.

Expansionsanordningen sänker trycket som skapas av kompressorn. Detta gör att temperaturen sjunker och köldmediet blir en lågtemperaturblandning av ånga och vätska.

Utedelen är där värme överförs till/från uteluften i en luftvärmepump. Denna enhet innehåller vanligtvis en värmeväxlarslinga, kompressorn och expansionsventilen. Den ser ut och fungerar på samma sätt som utomhusdelen av en luftkonditioneringsapparat.

Inomhusbatteriet är där värme överförs till/från inomhusluften i vissa typer av luftvärmepumpar. Generellt sett innehåller inomhusenheten en värmeväxlarslinga och kan även inkludera en extra fläkt för att cirkulera uppvärmd eller kyld luft till det upptagna utrymmet.

Kammaren, som endast ses i kanalinstallationer, är en del av luftdistributionsnätet. Kammaren är ett luftfack som utgör en del av systemet för distribution av uppvärmd eller kyld luft genom huset. Det är i allmänhet ett stort fack omedelbart ovanför eller runt värmeväxlaren.

Övriga villkor

Måttenheter för kapacitet eller energianvändning:

• En Btu/h, eller brittisk termisk enhet per timme, är en enhet som används för att mäta värmeeffekten från ett värmesystem. En Btu är mängden värmeenergi som avges av ett typiskt födelsedagsljus. Om denna värmeenergi frigjordes under loppet av en timme skulle det motsvara en Btu/h.
• En kW, eller kilowatt, är lika med 1000 watt. Detta är mängden effekt som krävs av tio 100-watts glödlampor.
• Ett ton är ett mått på värmepumpens kapacitet. Det motsvarar 3,5 kW eller 12 000 Btu/h.

Luftvärmepumpar

Luftvärmepumpar använder utomhusluften som en källa till termisk energi i värmeläge och som en sänka för att avvisa energi i kylläge. Dessa typer av system kan generellt delas in i två kategorier:

Luft-luft värmepumpar. Dessa enheter värmer eller kyler luften inuti ditt hem och representerar den stora majoriteten av luftvärmepumpar i Kanada. De kan klassificeras ytterligare efter typ av installation:

• Kanal: Värmepumpens inomhusbatteri är placerat i en kanal. Luft värms eller kyls genom att passera över batteriet, innan den distribueras via kanalsystemet till olika platser i hemmet.
• Kanalfri: Värmepumpens inomhusbatteri är placerat i en inomhusenhet. Dessa inomhusenheter är vanligtvis placerade på golvet eller väggen i ett upptaget utrymme och värmer eller kyler luften i det utrymmet direkt. Bland dessa enheter kan du se termerna mini- och multi-split:
  • Mini-Split: En enda inomhusenhet är placerad i hemmet, betjänad av en enda utomhusenhet.
  • Multi-Split: Flera inomhusenheter finns i hemmet och betjänas av en enda utomhusenhet.

Luft-luftsystem är effektivare när temperaturskillnaden mellan inne och ute är mindre. På grund av detta försöker luft-luftvärmepumpar i allmänhet att optimera sin effektivitet genom att ge en större volym varmluft och värma upp den luften till en lägre temperatur (normalt mellan 25 och 45°C). Detta står i kontrast till ugnssystem, som levererar en mindre volym luft, men värmer den luften till högre temperaturer (mellan 55°C och 60°C). Om du byter till en värmepump från en ugn kan du märka detta när du börjar använda din nya värmepump.

Luft-vattenvärmepumpar: Mindre vanliga i Kanada, luft-vattenvärmepumpar värmer eller kyler vatten och används i hem med hydroniska (vattenbaserade) distributionssystem som lågtemperaturradiatorer, strålande golv eller fläktkonvektorer. I värmeläge ger värmepumpen termisk energi till vattensystemet. Denna process vänds om i kylläge, och termisk energi extraheras från det hydroniska systemet och kasseras till utomhusluften.

Driftstemperaturerna i det hydroniska systemet är kritiska vid utvärdering av luft-vattenvärmepumpar. Luft-vattenvärmepumpar fungerar mer effektivt när vattnet värms upp till lägre temperaturer, dvs under 45 till 50°C, och passar därför bättre till strålande golv eller fläktkonvektorsystem. Försiktighet bör iakttas om man överväger att använda dem med högtemperaturradiatorer som kräver vattentemperaturer över 60°C, eftersom dessa temperaturer i allmänhet överstiger gränserna för de flesta bostadsvärmepumpar.

Stora fördelar med luftvärmepumpar

Att installera en luftvärmepump kan ge dig en rad fördelar. Det här avsnittet utforskar hur luftvärmepumpar kan gynna ditt hushålls energiavtryck.

Effektivitet

Den största fördelen med att använda en luftvärmepump är den höga effektivitet den kan ge vid uppvärmning jämfört med typiska system som ugnar, pannor och elektriska socklar. Vid 8°C varierar prestandakoefficienten (COP) för luftvärmepumpar vanligtvis mellan 2,0 och 5,4. Det innebär att för enheter med en COP på 5 överförs 5 kilowattimmar (kWh) värme för varje kWh el som tillförs värmepumpen. När uteluftstemperaturen sjunker blir COP lägre, eftersom värmepumpen måste arbeta över en större temperaturskillnad mellan inomhus- och utomhusutrymmet. Vid –8°C kan COP variera från 1,1 till 3,7.

På säsongsbasis kan uppvärmningssäsongens prestandafaktor (HSPF) för marknadstillgängliga enheter variera från 7,1 till 13,2 (Region V). Det är viktigt att notera att dessa HSPF-uppskattningar gäller ett område med ett klimat som liknar Ottawa. De faktiska besparingarna beror i hög grad på var din värmepumpsinstallation befinner sig.

Energi sparande

Värmepumpens högre verkningsgrad kan leda till betydande minskningar av energianvändningen. Faktiska besparingar i ditt hus kommer att bero på ett antal faktorer, inklusive ditt lokala klimat, effektiviteten hos ditt nuvarande system, storlek och typ av värmepump och styrstrategin. Många onlineräknare finns tillgängliga för att ge en snabb uppskattning av hur mycket energibesparingar du kan förvänta dig för just din applikation. NRCans ASHP-Eval-verktyg är fritt tillgängligt och kan användas av installatörer och mekaniska designers för att ge råd om din situation.

Hur fungerar en luftvärmepump?

Transkript

En luftvärmepump har tre cykler:

• Uppvärmningscykeln: Tillhandahållande av termisk energi till byggnaden
• Kylningscykeln: Avlägsna termisk energi från byggnaden
• Avfrostningscykeln: Ta bort frost
• uppbyggnad på utomhusspolar

Uppvärmningscykeln

Anmärkning:

En del av artiklarna är hämtade från Internet. Om det finns något intrång, kontakta oss för att ta bort det. Om du är intresserad av värmepumpsprodukter, kontakta OSB värmepumpsföretag, vi är ditt bästa val.