I uppvärmningscykeln förs grundvattnet, frostskyddsblandningen eller köldmediet (som har cirkulerat genom det underjordiska rörsystemet och tagit upp värme från jorden) tillbaka till värmepumpsenheten inne i huset. I system med grundvatten eller frostskyddsmedel passerar den sedan genom den kylmedelsfyllda primära värmeväxlaren. I DX-system kommer köldmediet direkt in i kompressorn, utan mellanliggande värmeväxlare.
Värmen överförs till köldmediet som kokar till en lågtemperaturånga. I ett öppet system pumpas sedan grundvattnet tillbaka ut och släpps ut i en damm eller ner i en brunn. I ett slutet system pumpas frostskyddsblandningen eller köldmediet tillbaka ut till det underjordiska rörsystemet för att värmas upp igen.
Omkastningsventilen leder köldmedieångan till kompressorn. Ångan komprimeras sedan, vilket minskar dess volym och gör att den värms upp.
Slutligen leder växelventilen den nu heta gasen till kondensorslingan, där den avger sin värme till luften eller vattensystemet för att värma upp bostaden. Efter att ha gett upp sin värme passerar köldmediet genom expansionsanordningen, där dess temperatur och tryck sjunker ytterligare innan det återvänder till den första värmeväxlaren, eller till marken i ett DX-system, för att börja cykeln igen.
Kylningscykeln
Den "aktiva kylningscykeln" är i princip det omvända av uppvärmningscykeln. Riktningen på köldmedieflödet ändras av växelventilen. Köldmediet tar upp värme från husluften och överför den direkt, i DX-system, eller till grundvattnet eller frostskyddsblandningen. Värmen pumpas sedan ut, in i en vattenförekomst eller returbrunn (i ett öppet system) eller in i det underjordiska röret (i ett slutet system). En del av denna överskottsvärme kan användas för att förvärma tappvarmvatten.
Till skillnad från luftvärmepumpar kräver markbaserade system ingen avfrostningscykel. Temperaturer under jord är mycket mer stabila än lufttemperaturer, och själva värmepumpsenheten är placerad inuti; därför uppstår inte problemen med frost.
Delar av systemet
Markvärmepumpsystem har tre huvudkomponenter: själva värmepumpsenheten, det flytande värmeväxlingsmediet (öppet system eller sluten slinga) och ett distributionssystem (antingen luftbaserat eller vattenbaserat) som distribuerar den termiska energin från värmen pump till byggnaden.
Bergvärmepumpar är utformade på olika sätt. För luftbaserade system kombinerar fristående enheter fläkt, kompressor, värmeväxlare och kondensorbatteri i ett enda skåp. Delade system gör att spolen kan läggas till en varmluftsugn och använder den befintliga fläkten och ugnen. För vattensystem är både käll- och diskvärmeväxlare och kompressor i ett enda skåp.
Energieffektivitetsöverväganden
Precis som med luftvärmepumpar finns markvärmepumpsystem med en rad olika verkningsgrader. Se det tidigare avsnittet som heter En introduktion till värmepumpseffektivitet för en förklaring av vad COP och EER representerar. Utbud av COP och EER för marknadstillgängliga enheter finns nedan.
Grundvatten eller Open-Loop-applikationer
Uppvärmning
- Minsta uppvärmnings-COP: 3,6
- Räckvidd, uppvärmnings-COP i marknadstillgängliga produkter: 3,8 till 5,0
Kyl
- Minsta EER: 16,2
- Intervall, EER i marknadstillgängliga produkter: 19,1 till 27,5
Closed Loop-applikationer
Uppvärmning
- Minsta uppvärmnings-COP: 3.1
- Räckvidd, uppvärmnings-COP i marknadstillgängliga produkter: 3,2 till 4,2
Kyl
- Minsta EER: 13,4
- Intervall, EER i marknadstillgängliga produkter: 14,6 till 20,4
Minimieffektiviteten för varje typ är reglerad på federal nivå såväl som i vissa provinsiella jurisdiktioner. Det har skett en dramatisk förbättring av effektiviteten hos system för markkälla. Samma utveckling av kompressorer, motorer och kontroller som är tillgängliga för tillverkare av luftvärmepumpar resulterar i högre effektivitetsnivåer för markbaserade system.
System i lägre ände använder vanligtvis tvåstegskompressorer, kylmedel-till-luftvärmeväxlare av relativt standardstorlek och överdimensionerade kylmedel-till-vattenvärmeväxlare med förbättrad yta. Enheter i högeffektivitetsområdet tenderar att använda kompressorer med flera eller variabel hastighet, inomhusfläktar med variabel hastighet eller båda. Hitta en förklaring av värmepumpar med enhastighet och variabel hastighet i avsnittet Air-Source Heat Pump.
Certifiering, standarder och betygsskalor
Canadian Standards Association (CSA) verifierar för närvarande alla värmepumpar för elsäkerhet. En prestandastandard specificerar tester och testförhållanden vid vilka värmepumpens värme- och kylkapacitet och effektivitet bestäms. Prestandatestningsstandarderna för markbaserade system är CSA C13256 (för sekundära slingsystem) och CSA C748 (för DX-system).
Storleksöverväganden
Det är viktigt att markvärmeväxlaren är väl anpassad till värmepumpens kapacitet. System som inte är balanserade och oförmögna att fylla på energin som tas från borrfältet kommer kontinuerligt att prestera sämre över tiden tills värmepumpen inte längre kan utvinna värme.
Precis som med luftvärmepumpsystem är det i allmänhet inte en bra idé att dimensionera ett marksystem för att ge all värme som ett hus kräver. För kostnadseffektivitet bör systemet generellt dimensioneras för att täcka merparten av hushållets årliga värmeenergibehov. Enstaka toppvärmebelastningar under svåra väderförhållanden kan täckas av ett tilläggsvärmesystem.
System finns nu med fläktar och kompressorer med variabel hastighet. Denna typ av system klarar alla kylbelastningar och de flesta värmebelastningar på låg hastighet, med hög hastighet som endast krävs för höga värmebelastningar. Hitta en förklaring av värmepumpar med enhastighet och variabel hastighet i avsnittet Air-Source Heat Pump.
En mängd olika storlekar av system finns tillgängliga för att passa det kanadensiska klimatet. Bostadsenheter varierar i nominell storlek (closed loop kyla) på 1,8 kW till 21,1 kW (6 000 till 72 000 Btu/h), och inkluderar alternativ för varmvatten (DHW).
Designöverväganden
Till skillnad från luftvärmepumpar kräver markvärmepumpar en markvärmeväxlare för att samla och avleda värme under jord.
Öppna Loop Systems
Ett öppet system använder grundvatten från en konventionell brunn som värmekälla. Grundvattnet pumpas till en värmeväxlare, där värmeenergi utvinns och används som källa för värmepumpen. Grundvattnet som kommer ut från värmeväxlaren återinjiceras sedan i akvifären.
Ett annat sätt att släppa ut det använda vattnet är genom en avstötningsbrunn, som är en andra brunn som återför vattnet till marken. En avfallsbrunn måste ha tillräcklig kapacitet för att ta hand om allt vatten som passerar genom värmepumpen och bör installeras av en kvalificerad brunnsborrare. Har du en extra befintlig brunn bör din värmepumpsentreprenör låta en brunnsborrare se till att den är lämplig att användas som avfallsbrunn. Oavsett vilket tillvägagångssätt som används bör systemet utformas för att förhindra miljöskador. Värmepumpen tar helt enkelt bort eller tillför värme till vattnet; inga föroreningar tillsätts. Den enda förändringen i vattnet som återförs till miljön är en liten ökning eller minskning av temperaturen. Det är viktigt att kontrollera med lokala myndigheter för att förstå eventuella föreskrifter eller regler för system med öppen krets i ditt område.
Storleken på värmepumpsenheten och tillverkarens specifikationer avgör mängden vatten som behövs för ett öppet system. Vattenbehovet för en specifik modell av värmepump uttrycks vanligtvis i liter per sekund (L/s) och anges i specifikationerna för den enheten. En värmepump med en kapacitet på 10 kW (34 000 Btu/h) kommer att använda 0,45 till 0,75 L/s under drift.
Kombinationen av brunn och pump ska vara tillräckligt stor för att leverera det vatten som värmepumpen behöver utöver ditt behov av hushållsvatten. Du kan behöva förstora din trycktank eller modifiera ditt rörsystem för att ge tillräckligt med vatten till värmepumpen.
Dålig vattenkvalitet kan orsaka allvarliga problem i öppna system. Du bör inte använda vatten från en källa, damm, flod eller sjö som källa för ditt värmepumpsystem. Partiklar och annat kan täppa till ett värmepumpsystem och göra det ur funktion på kort tid. Du bör också få ditt vatten testat för surhet, hårdhet och järnhalt innan du installerar en värmepump. Din entreprenör eller utrustningstillverkare kan berätta vilken nivå av vattenkvalitet som är acceptabel och under vilka omständigheter speciella värmeväxlarmaterial kan krävas.
Installation av ett öppet system är ofta föremål för lokala zonindelningslagar eller licenskrav. Kontrollera med lokala myndigheter för att avgöra om restriktioner gäller i ditt område.
Closed-loop system
Ett slutet system drar värme från själva marken med hjälp av en kontinuerlig slinga av nedgrävt plaströr. Kopparrör används för DX-system. Röret ansluts till inomhusvärmepumpen för att bilda en förseglad underjordisk slinga genom vilken en frostskyddslösning eller köldmedium cirkuleras. Medan ett öppet system dränerar vatten från en brunn, återcirkulerar ett slutet system frostskyddslösningen i det trycksatta röret.
Röret är placerat i en av tre typer av arrangemang:
- Vertikal: Ett vertikalt sluten kretsarrangemang är ett lämpligt val för de flesta förortshem, där tomtutrymmet är begränsat. Rörledningar förs in i borrade hål som är 150 mm (6 tum) i diameter, till ett djup av 45 till 150 m (150 till 500 fot), beroende på markförhållanden och storleken på systemet. U-formade öglor av rör sätts in i hålen. DX-system kan ha hål med mindre diameter, vilket kan sänka borrkostnaderna.
- Diagonal (vinklad): Ett diagonalt (vinklat) sluten-loop-arrangemang liknar ett vertikalt sluten-loop-arrangemang; dock är borrhålen vinklade. Denna typ av arrangemang används där utrymmet är mycket begränsat och åtkomsten är begränsad till en ingångspunkt.
- Horisontellt: Det horisontella arrangemanget är vanligare på landsbygden, där fastigheterna är större. Röret placeras i diken som normalt är 1,0 till 1,8 m (3 till 6 fot) djupa, beroende på antalet rör i ett dike. I allmänhet krävs 120 till 180 m (400 till 600 fot) rör per ton värmepumpskapacitet. Till exempel skulle ett välisolerat hem på 185 m2 (2000 sq. ft.) vanligtvis behöva ett tre tonssystem som kräver 360 till 540 m (1200 till 1800 fot) rör.
Den vanligaste horisontella värmeväxlarkonstruktionen är två rör placerade sida vid sida i samma dike. Andra horisontella slingkonstruktioner använder fyra eller sex rör i varje dike, om landytan är begränsad. En annan design som ibland används där området är begränsat är en "spiral" - som beskriver dess form.
Oavsett vilket arrangemang du väljer, måste alla rörledningar för frostskyddssystem vara minst serie 100 polyeten eller polybutylen med termiskt smälta skarvar (till skillnad från hullingförsedda kopplingar, klämmor eller limmade skarvar), för att säkerställa läckagefria anslutningar under hela livslängden. rör. Rätt installerade kommer dessa rör att hålla allt från 25 till 75 år. De är opåverkade av kemikalier som finns i marken och har goda värmeledande egenskaper. Frostskyddslösningen måste vara acceptabel för lokala miljömyndigheter. DX-system använder kopparrör av kylkvalitet.
Varken vertikala eller horisontella slingor har en negativ inverkan på landskapet så länge de vertikala borrhålen och dikena är ordentligt återfyllda och tätade (packade ner ordentligt).
Horisontella slinginstallationer använder diken var som helst från 150 till 600 mm (6 till 24 tum) breda. Detta lämnar kala områden som kan återställas med gräsfrö eller torv. Vertikala öglor kräver lite utrymme och ger mindre skador på gräsmattan.
Det är viktigt att horisontella och vertikala slingor installeras av en kvalificerad entreprenör. Plaströr måste vara termiskt smälta, och det måste finnas god jord-till-rör-kontakt för att säkerställa god värmeöverföring, såsom den som uppnås genom Tremie-injektering av borrhål. Det senare är särskilt viktigt för vertikala värmeväxlarsystem. Felaktig installation kan leda till sämre värmepumpsprestanda.
Installationsöverväganden
Liksom med luftvärmepumpsystem måste markvärmepumpar konstrueras och installeras av kvalificerade entreprenörer. Rådfråga en lokal värmepumpsentreprenör för att designa, installera och serva din utrustning för att säkerställa effektiv och tillförlitlig drift. Se också till att alla tillverkarens instruktioner följs noggrant. Alla installationer bör uppfylla kraven i CSA C448 Series 16, en installationsstandard fastställd av Canadian Standards Association.
Den totala installationskostnaden för markbaserade system varierar beroende på platsspecifika förhållanden. Installationskostnaderna varierar beroende på typen av markuppsamlare och utrustningsspecifikationerna. Den inkrementella kostnaden för ett sådant system kan återvinnas genom energikostnadsbesparingar under en period så låg som 5 år. Återbetalningsperioden beror på en mängd olika faktorer som markförhållanden, värme- och kylbelastningar, komplexiteten i HVAC-renoveringar, lokala energipriser och bränslekällan för uppvärmning som byts ut. Kontrollera med ditt elbolag för att bedöma fördelarna med att investera i ett jordkällasystem. Ibland erbjuds en lågkostnadsfinansieringsplan eller incitament för godkända installationer. Det är viktigt att samarbeta med din entreprenör eller energirådgivare för att få en uppskattning av ekonomin för värmepumpar i ditt område, och de potentiella besparingar du kan uppnå.
Driftöverväganden
Du bör notera flera viktiga saker när du använder din värmepump:
- Optimera värmepumpens och tilläggssystemets börvärden. Om du har ett elektriskt tilläggssystem (t.ex. golvlister eller motståndselement i kanal), var noga med att använda ett lägre temperaturbörvärde för ditt tilläggssystem. Detta kommer att bidra till att maximera mängden värme som värmepumpen ger till ditt hem, vilket sänker din energianvändning och elräkningar. Ett börvärde på 2°C till 3°C under börvärdet för värmepumpens värmetemperatur rekommenderas. Rådfråga din installatör om det optimala börvärdet för ditt system.
- Minimera temperatursänkningar. Värmepumpar har en långsammare respons än ugnssystem, så de har svårare att reagera på djupa temperatursänkningar. Måttliga sänkningar på högst 2°C bör användas eller en "smart" termostat som sätter på systemet tidigt, i väntan på återhämtning från bakslag, bör användas. Återigen, rådfråga din installationsentreprenör om den optimala sänkningstemperaturen för ditt system.
Underhållsöverväganden
Du bör låta en kvalificerad entreprenör utföra årligt underhåll en gång per år för att säkerställa att ditt system förblir effektivt och tillförlitligt.
Om du har ett luftbaserat distributionssystem kan du även stödja effektivare drift genom att byta ut eller rengöra ditt filter var tredje månad. Du bör också se till att dina ventilationsöppningar och register inte blockeras av möbler, mattor eller andra föremål som skulle hindra luftflödet.
Operations kostnader
Driftskostnaderna för ett marksystem är vanligtvis avsevärt lägre än för andra värmesystem på grund av bränslebesparingarna. Kvalificerade värmepumpsinstallatörer bör kunna ge dig information om hur mycket el ett visst marksystem skulle använda.
Relativa besparingar kommer att bero på om du för närvarande använder el, olja eller naturgas, och på de relativa kostnaderna för olika energikällor i ditt område. Genom att köra en värmepump kommer du att använda mindre gas eller olja, men mer el. Om du bor i ett område där el är dyrt kan dina driftskostnader bli högre.
Förväntad livslängd och garantier
Bergvärmepumpar har i allmänhet en förväntad livslängd på cirka 20 till 25 år. Detta är högre än för luftvärmepumpar eftersom kompressorn har mindre termisk och mekanisk belastning och är skyddad från miljön. Själva jordslingans livslängd närmar sig 75 år.
De flesta bergvärmepumpar omfattas av ett års garanti på delar och arbete, och vissa tillverkare erbjuder utökade garantiprogram. Men garantierna varierar mellan tillverkare, så se till att kontrollera det finstilta.
Relaterad utrustning
Uppgradering av Eltjänsten
Generellt sett är det inte nödvändigt att uppgradera eltjänsten vid installation av en tilläggsvärmepump med luftkälla. Däremot kan tjänstens ålder och husets totala elbelastning göra det nödvändigt att uppgradera.
En eltjänst på 200 ampere krävs normalt för installation av antingen en helelektrisk luftvärmepump eller en markvärmepump. Om du går över från ett naturgas- eller eldningsoljebaserat värmesystem kan det bli nödvändigt att uppgradera din elpanel.
Kompletterande värmesystem
Luftvärmepumpsystem
Luftvärmepumpar har en lägsta utomhusdriftstemperatur och kan förlora en del av sin förmåga att värma vid mycket kalla temperaturer. På grund av detta kräver de flesta luftkällsinstallationer en extra värmekälla för att upprätthålla inomhustemperaturen under de kallaste dagarna. Tilläggsvärme kan även behövas när värmepumpen avfrostar.
De flesta luftkällssystem stängs av vid en av tre temperaturer, som kan ställas in av din installationsentreprenör:
- Termisk balanspunkt: Den temperatur under vilken värmepumpen inte har tillräcklig kapacitet för att klara byggnadens värmebehov på egen hand.
- Ekonomisk balanspunkt: Den temperatur under vilken förhållandet mellan el och ett extra bränsle (t.ex. naturgas) innebär att det är mer kostnadseffektivt att använda tilläggssystemet.
- Cut-Off Temperature: Den lägsta drifttemperaturen för värmepumpen.
De flesta tilläggssystem kan delas in i två kategorier:
- Hybridsystem: I ett hybridsystem använder luftvärmepumpen ett tilläggssystem som en ugn eller panna. Detta alternativ kan användas i nya installationer, och är också ett bra alternativ där en värmepump läggs till ett befintligt system, till exempel när en värmepump installeras som ersättning för en central luftkonditionering.
Dessa typer av system stödjer växling mellan värmepump och tilläggsdrift enligt den termiska eller ekonomiska balanspunkten.
Dessa system kan inte köras samtidigt med värmepumpen – antingen fungerar värmepumpen eller gas-/oljeugnen. - Alla elektriska system: I denna konfiguration kompletteras värmepumpsdriften med elektriska motståndselement placerade i kanalnätet eller med elektriska golvlister.
Dessa system kan köras samtidigt med värmepumpen och kan därför användas i balanspunkts- eller avstängningstemperaturregleringsstrategier.
En utetemperaturgivare stänger av värmepumpen när temperaturen sjunker under den förinställda gränsen. Under denna temperatur fungerar endast tilläggsvärmesystemet. Givaren är vanligtvis inställd att stängas av vid den temperatur som motsvarar den ekonomiska balanspunkten, eller vid den utetemperatur under vilken det är billigare att värma med tilläggsvärmesystemet istället för värmepumpen.
Jordvärmepumpsystem
Markbaserade system fortsätter att fungera oavsett utomhustemperaturen och är därför inte föremål för samma typ av driftsrestriktioner. Tilläggsvärmesystemet ger endast värme som överstiger markenhetens nominella kapacitet.
Termostater
Konventionella termostater
De flesta kanalförsedda enhastighetsvärmepumpssystem för bostäder är installerade med en "tvåstegs värme/enstegs kyla" inomhustermostat. Steg ett kräver värme från värmepumpen om temperaturen sjunker under den förinställda nivån. Steg två kräver värme från tilläggsvärmesystemet om inomhustemperaturen fortsätter att sjunka under önskad temperatur. Kanallösa luftvärmepumpar för bostäder installeras vanligtvis med en enstegs värme-/kylatermostat eller i många fall en inbyggd termostat som ställs in av en fjärrkontroll som medföljer enheten.
Den vanligaste typen av termostat som används är typen "ställ och glöm". Installatören rådgör med dig innan du ställer in önskad temperatur. När detta är gjort kan du glömma termostaten; den växlar automatiskt systemet från värme- till kylläge eller vice versa.
Det finns två typer av utomhustermostater som används med dessa system. Den första typen styr driften av det elektriska motståndsuppvärmningssystemet. Detta är samma typ av termostat som används med en elektrisk ugn. Den sätter på olika steg av värmare när utomhustemperaturen sjunker gradvis lägre. Detta säkerställer att rätt mängd tillskottsvärme tillhandahålls som svar på utomhusförhållanden, vilket maximerar effektiviteten och sparar pengar. Den andra typen stänger helt enkelt av luftvärmepumpen när utomhustemperaturen faller under en angiven nivå.
Termostatnedgångar kanske inte ger samma slags fördelar med värmepumpssystem som med mer konventionella värmesystem. Beroende på mängden sänkning och temperaturfall kan det hända att värmepumpen inte med kort varsel kan leverera all värme som krävs för att få tillbaka temperaturen till önskad nivå. Det kan innebära att tilläggsvärmesystemet går tills värmepumpen "kommer ikapp". Detta kommer att minska de besparingar som du kanske hade förväntat dig att uppnå genom att installera värmepumpen. Se diskussion i tidigare avsnitt om att minimera temperatursänkningar.
Programmerbara termostater
Programmerbara värmepumpstermostater finns idag från de flesta värmepumpstillverkare och deras representanter. Till skillnad från konventionella termostater uppnår dessa termostater besparingar från temperatursänkningar under obemannade perioder eller över natten. Även om detta åstadkoms på olika sätt av olika tillverkare, tar värmepumpen tillbaka huset till önskad temperaturnivå med eller utan minimal tilläggsvärme. För dem som är vana vid termostatsänkning och programmerbara termostater kan detta vara en värd investering. Andra funktioner som är tillgängliga med några av dessa elektroniska termostater inkluderar följande:
- Programmerbar styrning för att tillåta användarval av automatisk värmepump eller drift med endast fläkt, efter tid på dygnet och veckodag.
- Förbättrad temperaturkontroll jämfört med konventionella termostater.
- Inget behov av utomhustermostater, eftersom den elektroniska termostaten kräver tillskottsvärme endast vid behov.
- Inget behov av utomhustermostatstyrning på tilläggsvärmepumpar.
Besparingar från programmerbara termostater är mycket beroende av typen och storleken på ditt värmepumpsystem. För system med variabelt varvtal kan bakslag tillåta systemet att arbeta med en lägre hastighet, vilket minskar slitaget på kompressorn och hjälper till att öka systemets effektivitet.
Värmedistributionssystem
Värmepumpsystem ger i allmänhet en större volym luftflöde vid lägre temperatur jämfört med ugnssystem. Som sådan är det mycket viktigt att undersöka tilluftsflödet i ditt system, och hur det kan jämföras med luftflödeskapaciteten i dina befintliga kanaler. Om värmepumpens luftflöde överstiger kapaciteten för din befintliga kanal kan du ha problem med buller eller ökad fläktenergianvändning.
Nya värmepumpssystem bör utformas enligt etablerad praxis. Om installationen är en eftermontering bör det befintliga kanalsystemet undersökas noggrant för att säkerställa att det är tillräckligt.
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.
Posttid: 2022-nov-01