گرمایش و سرمایش با پمپ حرارتی - قسمت 2

در طول چرخه گرمایش، گرما از هوای بیرون گرفته می شود و در داخل خانه "پمپ می شود".

• ابتدا مبرد مایع از دستگاه انبساط عبور می کند و به مخلوط مایع/بخار کم فشار تبدیل می شود. سپس به کویل بیرونی می رود که به عنوان کویل اواپراتور عمل می کند. مبرد مایع گرما را از هوای بیرون جذب می کند و می جوشد و تبدیل به بخاری با دمای پایین می شود.
• این بخار از طریق دریچه معکوس به آکومولاتور می گذرد، که مایع باقی مانده را قبل از ورود بخار به کمپرسور جمع می کند. سپس بخار فشرده می شود و حجم آن کاهش می یابد و باعث گرم شدن آن می شود.
• در نهایت، شیر معکوس، گاز را که اکنون داغ است، به کویل داخلی، که کندانسور است، می فرستد. گرمای گاز داغ به هوای داخل خانه منتقل می‌شود و باعث می‌شود که مبرد به مایع تبدیل شود. این مایع به دستگاه انبساط باز می گردد و چرخه تکرار می شود. کویل داخلی در مجرای لوله و نزدیک به کوره قرار دارد.

توانایی پمپ حرارتی در انتقال گرما از هوای بیرون به خانه به دمای بیرون بستگی دارد. با کاهش این دما، توانایی پمپ حرارتی برای جذب گرما نیز کاهش می یابد. برای بسیاری از تاسیسات پمپ حرارتی منبع هوا، این به این معنی است که زمانی که ظرفیت گرمایش پمپ حرارتی برابر با اتلاف گرمای خانه باشد، یک دما (به نام نقطه تعادل حرارتی) وجود دارد. در زیر این دمای محیط بیرون، پمپ حرارتی می تواند تنها بخشی از گرمای مورد نیاز برای راحت نگه داشتن فضای زندگی را تامین کند و گرمای اضافی مورد نیاز است.

توجه به این نکته ضروری است که اکثریت قریب به اتفاق پمپ های حرارتی منبع هوا دارای حداقل دمای کاری هستند که در زیر آن نمی توانند کار کنند. برای مدل های جدیدتر، این می تواند بین -15 درجه سانتیگراد تا -25 درجه سانتیگراد باشد. در زیر این دما باید از سیستم تکمیلی برای تامین گرمایش ساختمان استفاده شود.

چرخه خنک کننده

چرخه ای که در بالا توضیح داده شد برای خنک کردن خانه در طول تابستان معکوس می شود. دستگاه گرما را از هوای داخل خارج می کند و آن را به بیرون دفع می کند.

• مانند چرخه گرمایش، مبرد مایع از دستگاه انبساط عبور می کند و به مخلوط مایع/بخار کم فشار تبدیل می شود. سپس به سیم پیچ داخلی می رود، که به عنوان اواپراتور عمل می کند. مبرد مایع گرما را از هوای داخل خانه جذب می کند و می جوشد و تبدیل به بخاری با دمای پایین می شود.
• این بخار از طریق دریچه معکوس به آکومولاتور می رسد که مایع باقی مانده را جمع آوری می کند و سپس به کمپرسور می رسد. سپس بخار فشرده می شود و حجم آن کاهش می یابد و باعث گرم شدن آن می شود.
• در نهایت، گازی که اکنون داغ است، از طریق شیر معکوس به سیم پیچ بیرونی که به عنوان کندانسور عمل می کند، عبور می کند. گرمای حاصل از گاز داغ به هوای بیرون منتقل می‌شود و باعث می‌شود که مبرد به مایع تبدیل شود. این مایع به دستگاه انبساط باز می گردد و چرخه تکرار می شود.

در طول چرخه خنک کننده، پمپ حرارتی هوای داخل را نیز رطوبت زدایی می کند. رطوبت موجود در هوای عبوری از روی کویل داخلی روی سطح کویل متراکم می شود و در یک تشتک در انتهای سیم پیچ جمع می شود. یک زهکش میعانات، این تشت را به زهکشی خانه متصل می کند.

چرخه یخ زدایی

اگر هنگامی که پمپ حرارتی در حالت گرمایش کار می کند، دمای بیرون به نزدیک یا زیر صفر برسد، رطوبت موجود در هوای عبوری از سیم پیچ بیرونی متراکم شده و روی آن یخ می زند. میزان یخبندان به دمای بیرون و میزان رطوبت هوا بستگی دارد.

این تجمع یخبندان با کاهش توانایی آن در انتقال گرما به مبرد، کارایی سیم پیچ را کاهش می دهد. در برخی موارد، یخ زدگی باید حذف شود. برای انجام این کار، پمپ حرارتی به حالت یخ زدایی می رود. رایج ترین رویکرد این است:

• ابتدا شیر معکوس دستگاه را به حالت خنک کننده سوئیچ می کند. این گاز داغ را به کویل فضای باز می فرستد تا یخ زدگی را ذوب کند. در همان زمان، فن بیرونی که معمولاً هوای سرد را روی کویل می دمد، خاموش می شود تا میزان گرمای لازم برای ذوب یخ را کاهش دهد.
• در حالی که این اتفاق می افتد، پمپ حرارتی هوا را در کانال خنک می کند. سیستم گرمایش معمولاً این هوا را گرم می کند زیرا در سراسر خانه پخش می شود.

یکی از دو روش برای تعیین زمانی که دستگاه به حالت یخ زدایی می رود استفاده می شود:

• کنترل های تقاضا-یخبندان جریان هوا، فشار مبرد، دمای هوا یا سیم پیچ و اختلاف فشار را در سراسر سیم پیچ در فضای باز کنترل می کند تا تجمع یخ زدگی را تشخیص دهد.
• یخ زدایی زمان-دما توسط یک تایمر بازه ای از پیش تنظیم شده یا یک سنسور دما که در سیم پیچ بیرونی قرار دارد شروع و به پایان می رسد. بسته به آب و هوا و طراحی سیستم، چرخه را می توان هر 30، 60 یا 90 دقیقه شروع کرد.

چرخه های یخ زدایی غیرضروری عملکرد فصلی پمپ حرارتی را کاهش می دهد. در نتیجه، روش یخ زدایی تقاضا به طور کلی کارآمدتر است، زیرا چرخه یخ زدایی را فقط در صورت نیاز شروع می کند.

منابع حرارتی تکمیلی

از آنجایی که پمپ های حرارتی منبع هوا دارای حداقل دمای کار در فضای باز (بین -15 درجه سانتیگراد تا -25 درجه سانتیگراد) و کاهش ظرفیت گرمایش در دماهای بسیار سرد هستند، مهم است که یک منبع گرمایش مکمل برای عملیات پمپ حرارتی منبع هوا در نظر گرفته شود. هنگامی که پمپ حرارتی در حال یخ زدایی است، ممکن است به گرمایش اضافی نیز نیاز باشد. گزینه های مختلف موجود است:

• All Electric: در این پیکربندی، عملیات پمپ حرارتی با عناصر مقاومت الکتریکی واقع در کانال یا با پایه های الکتریکی تکمیل می شود. این عناصر مقاومتی کارایی کمتری نسبت به پمپ حرارتی دارند، اما توانایی آنها در تامین گرمایش مستقل از دمای بیرون است.
• سیستم هیبریدی: در یک سیستم هیبریدی، پمپ حرارتی منبع هوا از یک سیستم تکمیلی مانند کوره یا دیگ استفاده می کند. این گزینه را می توان در تاسیسات جدید استفاده کرد و همچنین در مواردی که پمپ حرارتی به سیستم موجود اضافه می شود، گزینه خوبی است، به عنوان مثال، هنگامی که یک پمپ حرارتی به عنوان جایگزینی برای تهویه مطبوع مرکزی نصب می شود.

برای اطلاعات بیشتر در مورد سیستم هایی که از منابع گرمایشی مکمل استفاده می کنند، به بخش پایانی این کتابچه، تجهیزات مرتبط مراجعه کنید. در آنجا، می‌توانید درباره گزینه‌های نحوه برنامه‌ریزی سیستم خود برای انتقال بین استفاده از پمپ حرارتی و استفاده از منبع گرمای تکمیلی بحث کنید.

ملاحظات بهره وری انرژی

برای حمایت از درک این بخش، به بخش قبلی به نام مقدمه ای بر کارایی پمپ حرارتی مراجعه کنید تا توضیح دهید که HSPF ها و SEER ها چه چیزی را نشان می دهند.

در کانادا، مقررات بهره وری انرژی حداقل راندمان فصلی در گرمایش و سرمایش را تجویز می کند که برای فروش محصول در بازار کانادا باید به دست آید. علاوه بر این مقررات، استان یا منطقه شما ممکن است شرایط سخت گیرانه تری داشته باشد.

حداقل عملکرد برای کانادا به عنوان یک کل، و محدوده معمولی برای محصولات موجود در بازار، در زیر برای گرمایش و سرمایش خلاصه شده است. همچنین مهم است که قبل از انتخاب سیستم خود، بررسی کنید که آیا مقررات اضافی در منطقه شما وجود دارد یا خیر.

عملکرد فصلی خنک کننده، SEER:

• حداقل SEER (کانادا): 14
• محدوده، SEER در محصولات موجود در بازار: 14 تا 42

عملکرد فصلی گرمایش، HSPF

• حداقل HSPF (کانادا): 7.1 (برای منطقه V)
• محدوده، HSPF در محصولات موجود در بازار: 7.1 تا 13.2 (برای منطقه V)

توجه: فاکتورهای HSPF برای AHRI Climate Zone V ارائه شده است که آب و هوای مشابه اتاوا دارد. بازده فصلی واقعی ممکن است بسته به منطقه شما متفاوت باشد. یک استاندارد عملکرد جدید با هدف ارائه بهتر عملکرد این سیستم ها در مناطق کانادا در حال حاضر در دست توسعه است.

مقادیر واقعی SEER یا HSPF به عوامل مختلفی بستگی دارد که عمدتاً به طراحی پمپ حرارتی مربوط می شود. عملکرد فعلی به طور قابل توجهی در 15 سال گذشته تکامل یافته است که به دلیل پیشرفت های جدید در فناوری کمپرسور، طراحی مبدل حرارتی و بهبود جریان و کنترل مبرد بوده است.

پمپ های حرارتی تک سرعته و دور متغیر

نقش طراحی های جدید کمپرسور در بهبود عملکرد فصلی از اهمیت ویژه ای در هنگام در نظر گرفتن راندمان برخوردار است. به طور معمول، واحدهایی که با حداقل SEER و HSPF کار می کنند با پمپ های حرارتی تک سرعته مشخص می شوند. پمپ های حرارتی منبع هوا با سرعت متغیر در حال حاضر در دسترس هستند که به گونه ای طراحی شده اند که ظرفیت سیستم را تغییر دهند تا با تقاضای گرمایش/سرمایش خانه در یک لحظه معین مطابقت بیشتری داشته باشند. این به حفظ حداکثر بازده در همه زمان‌ها کمک می‌کند، از جمله در شرایط ملایم‌تر که تقاضای کمتری برای سیستم وجود دارد.

اخیراً پمپ های حرارتی منبع هوا که برای کار در آب و هوای سرد کانادا سازگاری بهتری دارند به بازار معرفی شده اند. این سیستم‌ها که اغلب پمپ‌های حرارتی آب و هوای سرد نامیده می‌شوند، کمپرسورهای ظرفیت متغیر را با طراحی‌ها و کنترل‌های مبدل حرارتی بهبود یافته ترکیب می‌کنند تا ظرفیت گرمایش را در دمای هوای سردتر به حداکثر برسانند، در حالی که راندمان بالا را در شرایط ملایم‌تر حفظ کنند. این نوع سیستم‌ها معمولاً مقادیر SEER و HSPF بالاتری دارند، به طوری که برخی از سیستم‌ها به SEER تا 42 و HSPF به 13 می‌رسند.

گواهینامه ها، استانداردها و مقیاس های رتبه بندی

انجمن استانداردهای کانادا (CSA) در حال حاضر تمام پمپ های حرارتی را برای ایمنی الکتریکی تأیید می کند. یک استاندارد عملکرد تست ها و شرایط آزمایشی را مشخص می کند که در آن ظرفیت ها و کارایی گرمایش و سرمایش پمپ حرارتی تعیین می شود. استانداردهای تست عملکرد پمپ های حرارتی منبع هوا CSA C656 است که (از سال 2014) با ANSI/AHRI 210/240-2008، رتبه بندی عملکرد تجهیزات پمپ حرارتی تهویه مطبوع و منبع هوای واحد هماهنگ شده است. همچنین جایگزین CAN/CSA-C273.3-M91، استاندارد عملکرد برای تهویه مطبوع مرکزی سیستم اسپلیت و پمپ های حرارتی می شود.

ملاحظات اندازه گیری

برای اندازه مناسب سیستم پمپ حرارتی خود، مهم است که نیازهای گرمایش و سرمایش خانه خود را درک کنید. توصیه می شود برای انجام محاسبات مورد نیاز از یک متخصص گرمایش و سرمایش استفاده شود. بارهای گرمایش و سرمایش باید با استفاده از روش اندازه‌گیری شناخته شده مانند CSA F280-12، «تعیین ظرفیت مورد نیاز وسایل گرمایشی و سرمایشی فضای مسکونی» تعیین شود.

اندازه سیستم پمپ حرارتی شما باید بر اساس آب و هوا، بارهای گرمایش و سرمایش ساختمان و اهداف نصب شما انجام شود (به عنوان مثال، به حداکثر رساندن صرفه جویی در انرژی گرمایشی در مقابل جابجایی سیستم موجود در دوره های خاصی از سال). برای کمک به این فرآیند، NRCan یک راهنمای اندازه‌گیری و انتخاب پمپ حرارتی منبع هوا ایجاد کرده است. این راهنما به همراه یک ابزار نرم افزاری همراه، برای مشاوران انرژی و طراحان مکانیک در نظر گرفته شده است و به صورت رایگان برای ارائه راهنمایی در مورد اندازه مناسب در دسترس است.

اگر پمپ حرارتی کمتر از اندازه باشد، متوجه خواهید شد که سیستم گرمایش مکمل بیشتر استفاده می شود. در حالی که یک سیستم کم‌اندازه همچنان کارآمد عمل می‌کند، ممکن است به دلیل استفاده زیاد از سیستم گرمایش مکمل، صرفه‌جویی در مصرف انرژی پیش‌بینی شده را نداشته باشید.

به همین ترتیب، اگر یک پمپ حرارتی بزرگتر باشد، ممکن است به دلیل عملکرد ناکارآمد در شرایط ملایم تر، صرفه جویی در انرژی مورد نظر محقق نشود. در حالی که سیستم گرمایش تکمیلی کمتر کار می کند، در شرایط محیطی گرم تر، پمپ حرارتی گرمای بیش از حد تولید می کند و چرخه دستگاه روشن و خاموش می شود که منجر به ناراحتی، سایش پمپ حرارتی و مصرف برق آماده به کار می شود. بنابراین مهم است که برای دستیابی به صرفه جویی در مصرف انرژی، درک خوبی از بار گرمایشی و ویژگی های عملکرد پمپ حرارتی داشته باشید.

سایر معیارهای انتخاب

به غیر از اندازه، چندین فاکتور عملکرد اضافی باید در نظر گرفته شود:

• HSPF: واحدی با HSPF بالا تا حد عملی انتخاب کنید. برای واحدهایی با رتبه بندی HSPF قابل مقایسه، رتبه بندی حالت پایدار آنها را در -8.3 درجه سانتی گراد، درجه دمای پایین بررسی کنید. واحد با ارزش بالاتر در اکثر مناطق کانادا کارآمدترین واحد خواهد بود.
• یخ زدایی: واحدی با کنترل یخ زدایی تقاضا انتخاب کنید. این امر چرخه های یخ زدایی را به حداقل می رساند که مصرف انرژی تکمیلی و پمپ حرارتی را کاهش می دهد.
• درجه بندی صدا: صدا با واحدهایی به نام دسی بل (dB) اندازه گیری می شود. هرچه این مقدار کمتر باشد، قدرت صوتی ساطع شده توسط واحد خارجی کمتر است. هر چه سطح دسی بل بالاتر باشد، صدا بلندتر است. اکثر پمپ های حرارتی دارای رتبه صدای 76 دسی بل یا کمتر هستند.

ملاحظات نصب

پمپ های حرارتی منبع هوا باید توسط یک پیمانکار واجد شرایط نصب شوند. برای اطمینان از عملکرد کارآمد و قابل اطمینان، برای اندازه، نصب و نگهداری تجهیزات خود با یک متخصص گرمایش و سرمایش محلی مشورت کنید. اگر به دنبال اجرای یک پمپ حرارتی برای جایگزینی یا تکمیل کوره مرکزی خود هستید، باید توجه داشته باشید که پمپ های حرارتی معمولاً در جریان هوای بالاتری نسبت به سیستم های کوره کار می کنند. بسته به اندازه پمپ حرارتی جدید شما، ممکن است تغییراتی در کانال شما لازم باشد تا از نویز اضافی و استفاده از انرژی فن جلوگیری شود. پیمانکار شما می‌تواند در مورد مورد خاص شما راهنمایی کند.

هزینه نصب یک پمپ حرارتی منبع هوا به نوع سیستم، اهداف طراحی شما، و تجهیزات گرمایشی و مجرای موجود در خانه شما بستگی دارد. در برخی موارد، برای پشتیبانی از نصب پمپ حرارتی جدید شما، ممکن است تغییرات بیشتری در کانال یا خدمات الکتریکی لازم باشد.

ملاحظات عملیات

هنگام کار با پمپ حرارتی باید به چند نکته مهم توجه کنید:

• نقطه تنظیم پمپ حرارتی و سیستم تکمیلی را بهینه کنید. اگر یک سیستم مکمل الکتریکی دارید (به عنوان مثال، قرنیز یا عناصر مقاومتی در کانال)، مطمئن شوید که از نقطه تنظیم دمای پایین تری برای سیستم مکمل خود استفاده کنید. این کمک می کند تا میزان گرمایشی که پمپ حرارتی برای خانه شما فراهم می کند به حداکثر رسانده و مصرف انرژی و قبوض آب و برق را کاهش دهد. نقطه تنظیم 2 تا 3 درجه سانتی گراد زیر نقطه تنظیم دمای گرمایش پمپ حرارتی توصیه می شود. در مورد نقطه تنظیم بهینه برای سیستم خود با پیمانکار نصب خود مشورت کنید.
• برای یخ زدایی کارآمد تنظیم کنید. می توانید با تنظیم سیستم خود برای خاموش کردن فن داخلی در طول چرخه های یخ زدایی، مصرف انرژی را کاهش دهید. این می تواند توسط نصاب شما انجام شود. با این حال، توجه به این نکته مهم است که یخ زدایی ممکن است با این تنظیم کمی بیشتر طول بکشد.
• کاهش دما را به حداقل برسانید. پمپ‌های حرارتی نسبت به سیستم‌های کوره‌ای واکنش کندتری دارند، بنابراین به سختی به عقب‌نشینی‌های دمایی عمیق پاسخ می‌دهند. باید از عقب‌نشینی‌های تعدیل‌شده بیش از 2 درجه سانتی‌گراد استفاده کرد یا باید از یک ترموستات «هوشمند» استفاده کرد که سیستم را به‌منظور بهبودی از عقب‌نشینی زود روشن می‌کند. مجدداً، با پیمانکار نصب خود در مورد دمای بازگشت بهینه برای سیستم خود مشورت کنید.
• جهت جریان هوای خود را بهینه کنید اگر یونیت داخلی دیواری دارید، جهت جریان هوا را تنظیم کنید تا راحتی خود را به حداکثر برسانید. اکثر سازندگان توصیه می کنند که هنگام گرم کردن، جریان هوا را به سمت پایین و هنگام خنک کردن به سمت سرنشینان هدایت کنید.
• تنظیمات فن را بهینه کنید همچنین، مطمئن شوید که تنظیمات فن را برای حداکثر راحتی تنظیم کنید. برای به حداکثر رساندن گرمای تحویلی پمپ حرارتی، توصیه می شود سرعت فن را روی زیاد یا «خودکار» تنظیم کنید. در شرایط خنک‌سازی، برای بهبود رطوبت‌زدایی، سرعت فن «کم» توصیه می‌شود.

ملاحظات تعمیر و نگهداری

تعمیر و نگهداری مناسب برای اطمینان از عملکرد موثر، قابل اعتماد و عمر طولانی پمپ حرارتی شما بسیار مهم است. شما باید از یک پیمانکار واجد شرایط بخواهید که تعمیر و نگهداری سالانه واحد شما را انجام دهد تا اطمینان حاصل شود که همه چیز به خوبی کار می کند.

به غیر از تعمیر و نگهداری سالانه، چند کار ساده وجود دارد که می توانید برای اطمینان از عملیات قابل اعتماد و کارآمد انجام دهید. حتماً هر 3 ماه یکبار فیلتر هوای خود را تعویض یا تمیز کنید، زیرا گرفتگی فیلترها باعث کاهش جریان هوا و کاهش کارایی سیستم شما می شود. همچنین، مطمئن شوید که دریچه‌ها و دستگاه‌های ثبت هوا در خانه‌تان توسط مبلمان یا فرش مسدود نشده‌اند، زیرا جریان ناکافی هوا به واحد شما یا از واحد شما می‌تواند طول عمر تجهیزات را کوتاه کند و کارایی سیستم را کاهش دهد.

هزینه های عملیاتی

صرفه جویی در مصرف انرژی ناشی از نصب پمپ حرارتی می تواند به کاهش قبض های ماهانه انرژی شما کمک کند. دستیابی به کاهش در قبض های انرژی شما تا حد زیادی به قیمت برق در رابطه با سایر سوخت ها مانند گاز طبیعی یا نفت گرمایش و در کاربردهای مقاوم سازی بستگی دارد که چه نوع سیستمی جایگزین می شود.

پمپ های حرارتی به طور کلی در مقایسه با سایر سیستم ها مانند کوره ها یا قرنیزهای برقی به دلیل تعداد اجزای سیستم، هزینه بیشتری دارند. در برخی مناطق و موارد، این هزینه اضافی را می توان در مدت زمان نسبتاً کوتاهی از طریق صرفه جویی در هزینه آب و برق جبران کرد. با این حال، در مناطق دیگر، نرخ های مختلف خدمات شهری می تواند این دوره را افزایش دهد. این مهم است که با پیمانکار یا مشاور انرژی خود کار کنید تا تخمینی از اقتصاد پمپ های حرارتی در منطقه خود و صرفه جویی های بالقوه ای که می توانید بدست آورید به دست آورید.

امید به زندگی و گارانتی

عمر مفید پمپ های حرارتی منبع هوا بین 15 تا 20 سال است. کمپرسور جزء حیاتی سیستم است.

اکثر پمپ های حرارتی دارای یک سال گارانتی برای قطعات و نیروی کار، و ضمانت 5 تا 10 ساله اضافی برای کمپرسور (فقط برای قطعات) هستند. با این حال، ضمانت‌ها بین سازنده‌ها متفاوت است، بنابراین چاپ دقیق را بررسی کنید.

تذکر：

برخی از مقالات از اینترنت گرفته شده است. در صورت وجود هرگونه تخلف، لطفا با ما تماس بگیرید تا آن را حذف کنیم. اگر به محصولات پمپ حرارتی علاقه مند هستید، لطفا با شرکت پمپ حرارتی OSB تماس بگیرید، ما بهترین انتخاب شما هستیم.