I opvarmningskredsløbet føres grundvandet, frostvæskeblandingen eller kølemidlet (som har cirkuleret gennem det underjordiske rørsystem og opsamlet varme fra jorden) tilbage til varmepumpeenheden inde i huset. I grundvands- eller frostvæskeblandingssystemer passerer det derefter gennem den kølemiddelfyldte primære varmeveksler. I DX-systemer kommer kølemidlet direkte ind i kompressoren uden mellemvarmeveksler.
Varmen overføres til kølemidlet, som koger til en lavtemperaturdamp. I et åbent system pumpes grundvandet derefter ud igen og ledes ud i en dam eller ned i en brønd. I et lukket kredsløb pumpes frostvæskeblandingen eller kølemidlet tilbage til det underjordiske rørsystem for at blive opvarmet igen.
Vendeventilen leder kølemiddeldampen til kompressoren. Dampen bliver derefter komprimeret, hvilket reducerer dens volumen og får den til at varme op.
Til sidst leder vendeventilen den nu varme gas til kondensatorspolen, hvor den afgiver sin varme til luften eller vandsystemet for at opvarme boligen. Efter at have opgivet sin varme, passerer kølemidlet gennem ekspansionsanordningen, hvor dets temperatur og tryk falder yderligere, før det vender tilbage til den første varmeveksler eller til jorden i et DX-system for at starte cyklussen igen.
Afkølingscyklussen
Den "aktive køling"-cyklus er dybest set det omvendte af opvarmningscyklussen. Retningen af kølemiddelstrømmen ændres af vendeventilen. Kølemidlet optager varme fra husluften og overfører den direkte, i DX-systemer eller til grundvandet eller frostvæskeblandingen. Varmen pumpes derefter udenfor, ind i et vandområde eller returbrønd (i et åbent system) eller ind i det underjordiske rør (i et lukket kredsløb). Noget af denne overskudsvarme kan bruges til at forvarme varmt brugsvand.
I modsætning til luftvarmepumper kræver jordbaserede systemer ikke en afrimningscyklus. Temperaturer under jorden er meget mere stabile end lufttemperaturer, og selve varmepumpeenheden er placeret indeni; derfor opstår problemerne med frost ikke.
Dele af systemet
Jordvarmepumpesystemer har tre hovedkomponenter: selve varmepumpeenheden, det flydende varmevekslermedium (åbent system eller lukket kredsløb) og et distributionssystem (enten luftbaseret eller hydronisk), der distribuerer den termiske energi fra varmen pumpe til bygningen.
Jordvarmepumper er designet på forskellige måder. For luftbaserede systemer kombinerer selvstændige enheder blæseren, kompressoren, varmeveksleren og kondensatorspolen i et enkelt kabinet. Splittede systemer gør det muligt at tilføje spolen til en tvangsluftovn og bruge den eksisterende blæser og ovn. For hydroniske systemer er både kilde- og vaskevarmeveksler og kompressor i et enkelt kabinet.
Energieffektivitetsovervejelser
Som med luftvarmepumper findes jordvarmepumpesystemer med en række forskellige virkningsgrader. Se det tidligere afsnit kaldet En introduktion til varmepumpeeffektivitet for en forklaring på, hvad COP'er og EER'er repræsenterer. Udvalg af COP'er og EER'er for markedstilgængelige enheder er angivet nedenfor.
Grundvand eller Open-Loop-applikationer
Opvarmning
- Minimum varme COP: 3,6
- Rækkevidde, varme-COP i markedstilgængelige produkter: 3,8 til 5,0
Køling
- Minimum EER: 16,2
- Interval, EER i markedstilgængelige produkter: 19,1 til 27,5
Closed Loop-applikationer
Opvarmning
- Minimum varme COP: 3.1
- Rækkevidde, varme-COP i markedstilgængelige produkter: 3,2 til 4,2
Køling
- Minimum EER: 13,4
- Interval, EER i markedstilgængelige produkter: 14,6 til 20,4
Minimumseffektiviteten for hver type er reguleret på føderalt niveau såvel som i nogle provinsjurisdiktioner. Der er sket en dramatisk forbedring i effektiviteten af jordkildesystemer. Den samme udvikling inden for kompressorer, motorer og styringer, som er tilgængelige for producenter af luftvarmepumper, resulterer i højere effektivitetsniveauer for jordbaserede systemer.
Lavere systemer anvender typisk to-trins kompressorer, relativt standardstørrelse kølemiddel-til-luft varmevekslere og overdimensionerede forbedrede overflade kølemiddel-til-vand varmevekslere. Enheder i højeffektivitetsområdet har en tendens til at bruge kompressorer med flere eller variabel hastighed, indendørs ventilatorer med variabel hastighed eller begge dele. Find en forklaring på varmepumper med enkelt hastighed og variabel hastighed i afsnittet Air-Source Heat Pump.
Certificering, standarder og vurderingsskalaer
Canadian Standards Association (CSA) verificerer i øjeblikket alle varmepumper for elektrisk sikkerhed. En præstationsstandard specificerer test og testbetingelser, ved hvilke varmepumpens varme- og kølekapacitet og effektivitet bestemmes. Ydelsesteststandarderne for jordbaserede systemer er CSA C13256 (til sekundære sløjfesystemer) og CSA C748 (til DX-systemer).
Størrelsesovervejelser
Det er vigtigt, at jordvarmeveksleren er godt tilpasset varmepumpens kapacitet. Systemer, der ikke er afbalancerede og ude af stand til at genopbygge den energi, der trækkes fra borefeltet, vil løbende klare sig dårligere over tid, indtil varmepumpen ikke længere kan udvinde varme.
Som med luftvarmepumpesystemer er det generelt ikke en god idé at dimensionere et jordbaseret system til at levere al den varme, som et hus kræver. Af hensyn til omkostningseffektiviteten bør anlægget generelt dimensioneres til at dække størstedelen af husstandens årlige varmeenergibehov. Den lejlighedsvise spidsopvarmningsbelastning under hårde vejrforhold kan dækkes af et supplerende varmesystem.
Systemer er nu tilgængelige med ventilatorer og kompressorer med variabel hastighed. Denne type system kan opfylde alle kølebelastninger og de fleste varmebelastninger ved lav hastighed, hvor høj hastighed kun kræves til høje varmebelastninger. Find en forklaring på varmepumper med enkelt hastighed og variabel hastighed i afsnittet Air-Source Heat Pump.
En række forskellige størrelser af systemer er tilgængelige, så de passer til det canadiske klima. Boligenheder varierer i nominel størrelse (lukket kredsløbskøling) på 1,8 kW til 21,1 kW (6.000 til 72.000 Btu/h), og inkluderer muligheder for varmt brugsvand (DHW).
Designovervejelser
I modsætning til luftvarmepumper kræver jordvarmepumper en jordvarmeveksler for at opsamle og aflede varme under jorden.
Åbn Loop Systems
Et åbent system bruger grundvand fra en konventionel brønd som varmekilde. Grundvandet pumpes til en varmeveksler, hvor termisk energi udvindes og bruges som kilde til varmepumpen. Grundvandet, der kommer ud af varmeveksleren, injiceres derefter igen i grundvandet.
En anden måde at frigive det brugte vand er gennem en afvisningsbrønd, som er en anden brønd, der returnerer vandet til jorden. En afvisningsbrønd skal have tilstrækkelig kapacitet til at bortskaffe alt det vand, der passerer gennem varmepumpen, og skal installeres af en kvalificeret brøndborer. Har du en ekstra eksisterende brønd, bør din varmepumpeentreprenør have en brøndborer til at sikre, at den er egnet til brug som afslagsbrønd. Uanset hvilken tilgang der anvendes, bør systemet være designet til at forhindre enhver miljøskade. Varmepumpen fjerner eller tilfører simpelthen varme til vandet; der tilsættes ingen forurenende stoffer. Den eneste ændring i vandet, der returneres til miljøet, er en lille stigning eller fald i temperaturen. Det er vigtigt at tjekke med lokale myndigheder for at forstå eventuelle regler eller regler vedrørende åbne kredsløbssystemer i dit område.
Størrelsen af varmepumpeenheden og producentens specifikationer vil bestemme mængden af vand, der er nødvendig for et åbent system. Vandbehovet for en bestemt model af varmepumpe er normalt udtrykt i liter per sekund (L/s) og er angivet i specifikationerne for den pågældende enhed. En varmepumpe med en kapacitet på 10 kW (34 000 Btu/h) vil bruge 0,45 til 0,75 L/s under drift.
Din brønd- og pumpekombination skal være stor nok til at levere det vand, som varmepumpen har brug for ud over dit brugsvandsbehov. Du skal muligvis forstørre din trykbeholder eller ændre dit VVS for at levere tilstrækkeligt vand til varmepumpen.
Dårlig vandkvalitet kan give alvorlige problemer i åbne systemer. Du bør ikke bruge vand fra en kilde, dam, flod eller sø som kilde til dit varmepumpesystem. Partikler og andet kan tilstoppe et varmepumpeanlæg og gøre det ubrugeligt på kort tid. Du bør også få testet dit vand for surhed, hårdhed og jernindhold, inden du installerer en varmepumpe. Din entreprenør eller udstyrsproducent kan fortælle dig, hvilket niveau af vandkvalitet der er acceptabelt, og under hvilke omstændigheder særlige varmevekslermaterialer kan være påkrævet.
Installation af et åbent system er ofte underlagt lokale zonelove eller licenskrav. Spørg de lokale myndigheder for at afgøre, om der gælder restriktioner i dit område.
Closed-loop systemer
Et lukket sløjfesystem trækker varme fra selve jorden ved hjælp af en kontinuerlig sløjfe af nedgravet plastrør. Kobberrør bruges i tilfælde af DX-systemer. Røret er forbundet med den indendørs varmepumpe for at danne en forseglet underjordisk sløjfe, gennem hvilken en frostvæskeopløsning eller kølemiddel cirkuleres. Mens et åbent system dræner vand fra en brønd, recirkulerer et lukket kredsløb frostvæskeopløsningen i det tryksatte rør.
Røret er placeret i en af tre typer arrangementer:
- Lodret: Et lodret lukket sløjfe-arrangement er et passende valg for de fleste forstæder, hvor pladsen er begrænset. Rør indsættes i borede huller, der er 150 mm (6 tommer) i diameter, til en dybde på 45 til 150 m (150 til 500 ft.), afhængigt af jordbundsforholdene og systemets størrelse. U-formede løkker af rør indsættes i hullerne. DX-systemer kan have huller med mindre diameter, hvilket kan sænke boreomkostningerne.
- Diagonal (vinklet): Et diagonalt (vinklet) arrangement med lukket sløjfe svarer til et lodret lukket sløjfearrangement; dog er boringerne vinklede. Denne type arrangement bruges, hvor pladsen er meget begrænset, og adgangen er begrænset til ét indgangssted.
- Vandret: Det vandrette arrangement er mere almindeligt i landdistrikter, hvor ejendommene er større. Røret placeres i render, der normalt er 1,0 til 1,8 m (3 til 6 ft.) dybe, afhængigt af antallet af rør i en rende. Generelt kræves der 120 til 180 m (400 til 600 ft.) rør pr. ton varmepumpekapacitet. For eksempel vil et velisoleret hjem på 185 m2 (2000 sq. ft.) normalt have brug for et tre tons system, der kræver 360 til 540 m (1200 til 1800 fod) rør.
Det mest almindelige vandrette varmevekslerdesign er to rør placeret side om side i samme rende. Andre vandrette sløjferdesigner bruger fire eller seks rør i hver rende, hvis landarealet er begrænset. Et andet design, der nogle gange bruges, hvor området er begrænset, er en "spiral" - som beskriver dens form.
Uanset hvilket arrangement du vælger, skal alle rør til frostvæskesystemer være mindst serie 100 polyethylen eller polybutylen med termisk smeltede samlinger (i modsætning til modhager, klemmer eller limede samlinger), for at sikre lækagefri forbindelser i hele levetiden af rørføring. Korrekt installeret vil disse rør holde alt fra 25 til 75 år. De er upåvirkede af kemikalier, der findes i jorden, og har gode varmeledende egenskaber. Frostvæskeopløsningen skal være acceptabel for lokale miljømyndigheder. DX-systemer bruger kobberrør af kølekvalitet.
Hverken lodrette eller vandrette sløjfer har en negativ indvirkning på landskabet, så længe de lodrette boringer og render er ordentligt tilbagefyldt og stampet (pakket godt ned).
Vandrette sløjfeinstallationer bruger skyttegrave overalt fra 150 til 600 mm (6 til 24 in.) brede. Dette efterlader bare områder, der kan genoprettes med græsfrø eller græstørv. Lodrette sløjfer kræver lidt plads og resulterer i mindre skader på plænen.
Det er vigtigt, at vandrette og lodrette sløjfer monteres af en kvalificeret entreprenør. Plastrør skal være termisk smeltet, og der skal være god jord-til-rør-kontakt for at sikre en god varmeoverførsel, som den opnås ved Tremie-fugning af boringer. Sidstnævnte er især vigtigt for vertikale varmevekslersystemer. Forkert installation kan resultere i dårligere varmepumpeydelse.
Installationsovervejelser
Som med luftvarmepumpesystemer skal jordvarmepumper designes og installeres af kvalificerede entreprenører. Kontakt en lokal varmepumpeleverandør for at designe, installere og servicere dit udstyr for at sikre effektiv og pålidelig drift. Sørg også for, at alle fabrikanters instruktioner følges nøje. Alle installationer skal opfylde kravene i CSA C448 Series 16, en installationsstandard fastsat af Canadian Standards Association.
De samlede installerede omkostninger for jordbaserede systemer varierer afhængigt af stedspecifikke forhold. Installationsomkostningerne varierer afhængigt af typen af jordopsamler og udstyrsspecifikationerne. De trinvise omkostninger ved et sådant system kan genvindes gennem energiomkostningsbesparelser over en periode så lavt som 5 år. Tilbagebetalingsperioden er afhængig af en række faktorer såsom jordbundsforhold, varme- og kølebelastninger, kompleksiteten af HVAC-eftermonteringer, lokale forbrugspriser og den varmebrændstofkilde, der udskiftes. Spørg dit elselskab for at vurdere fordelene ved at investere i et jordbaseret system. Nogle gange tilbydes en billig finansieringsplan eller incitament til godkendte installationer. Det er vigtigt at samarbejde med din entreprenør eller energirådgiver for at få et overslag over økonomien ved varmepumper i dit område, og de potentielle besparelser du kan opnå.
Driftsovervejelser
Du bør være opmærksom på flere vigtige ting, når du betjener din varmepumpe:
- Optimer varmepumpe og supplerende systemsætpunkter. Hvis du har et elektrisk supplerende system (f.eks. fodlister eller modstandselementer i kanalen), skal du sørge for at bruge et lavere temperaturindstillingspunkt for dit supplerende system. Dette vil bidrage til at maksimere mængden af varme, varmepumpen leverer til dit hjem, og sænke dit energiforbrug og forbrugsregninger. Et sætpunkt på 2°C til 3°C under indstillingspunktet for varmepumpens varmetemperatur anbefales. Kontakt din installatør om det optimale sætpunkt for dit system.
- Minimer temperaturfald. Varmepumper har en langsommere respons end ovnsystemer, så de har sværere ved at reagere på dybe temperaturfald. Der bør anvendes moderate tilbageslag på ikke mere end 2°C, eller der bør anvendes en "smart" termostat, der tænder systemet tidligt i forventning om genopretning efter tilbageslag. Igen, kontakt din installatør om den optimale sænkningstemperatur for dit system.
Vedligeholdelsesovervejelser
Du bør have en kvalificeret entreprenør til at udføre årlig vedligeholdelse én gang om året for at sikre, at dit system forbliver effektivt og pålideligt.
Hvis du har et luftbaseret distributionssystem, kan du også understøtte mere effektiv drift ved at udskifte eller rense dit filter hver 3. måned. Du bør også sikre dig, at dine ventilationsåbninger og ventiler ikke er blokeret af møbler, tæpper eller andre genstande, der kan hæmme luftstrømmen.
Driftsomkostninger
Driftsomkostningerne for et jordbaseret system er normalt betydeligt lavere end for andre varmesystemer på grund af brændstofbesparelserne. Kvalificerede varmepumpeinstallatører bør kunne give dig information om, hvor meget elektricitet et bestemt jordkildesystem ville bruge.
Relativ besparelse vil afhænge af, om du i øjeblikket bruger elektricitet, olie eller naturgas, og af de relative omkostninger ved forskellige energikilder i dit område. Ved at køre en varmepumpe vil du bruge mindre gas eller olie, men mere strøm. Hvis du bor i et område, hvor el er dyrt, kan dine driftsomkostninger være højere.
Forventet levetid og garantier
Jordvarmepumper har generelt en forventet levetid på omkring 20 til 25 år. Dette er højere end for luftvarmepumper, fordi kompressoren har mindre termisk og mekanisk belastning og er beskyttet mod miljøet. Selve jordsløjfens levetid nærmer sig 75 år.
De fleste jordvarmepumpeenheder er dækket af et års garanti på reservedele og arbejdskraft, og nogle producenter tilbyder udvidede garantiprogrammer. Men garantierne varierer mellem producenterne, så sørg for at tjekke det med småt.
Relateret udstyr
Opgradering af El-service
Generelt set er det ikke nødvendigt at opgradere el-servicen, når der installeres en luftkilde tillægsvarmepumpe. Servicens alder og husets samlede elektriske belastning kan dog gøre det nødvendigt at opgradere.
En 200 ampere elektrisk service er normalt påkrævet til installation af enten en helelektrisk luftvarmepumpe eller en jordvarmepumpe. Hvis du skifter fra et naturgas- eller brændselsoliebaseret varmesystem, kan det være nødvendigt at opgradere dit el-panel.
Supplerende varmesystemer
Air-Source varmepumpesystemer
Luftvarmepumper har en minimum udendørs driftstemperatur og kan miste noget af deres evne til at opvarme ved meget kolde temperaturer. På grund af dette kræver de fleste luftkildeinstallationer en supplerende varmekilde for at opretholde indendørstemperaturer på de koldeste dage. Tilskudsvarme kan også være påkrævet, når varmepumpen afrimer.
De fleste luftkildesystemer lukker ved en af tre temperaturer, som kan indstilles af din installatør:
- Termisk balancepunkt: Den temperatur, under hvilken varmepumpen ikke har tilstrækkelig kapacitet til alene at imødekomme bygningens varmebehov.
- Økonomisk balancepunkt: Den temperatur, under hvilken forholdet mellem elektricitet og et supplerende brændstof (f.eks. naturgas) betyder, at det er mere omkostningseffektivt at bruge det supplerende system.
- Cut-off Temperature: Minimum driftstemperatur for varmepumpen.
De fleste supplerende systemer kan klassificeres i to kategorier:
- Hybridsystemer: I et hybridsystem bruger luftkildevarmepumpen et supplerende system såsom en ovn eller kedel. Denne mulighed kan bruges i nye installationer, og er også en god mulighed, hvor en varmepumpe tilføjes et eksisterende system, for eksempel når en varmepumpe installeres som erstatning for et centralt klimaanlæg.
Disse typer systemer understøtter skift mellem varmepumpe og supplerende drift i henhold til det termiske eller økonomiske balancepunkt.
Disse systemer kan ikke køres samtidigt med varmepumpen – enten kører varmepumpen, eller gas/oliefyret kører. - Alle elektriske systemer: I denne konfiguration er varmepumpedriften suppleret med elektriske modstandselementer placeret i kanalsystemet eller med elektriske fodlister.
Disse systemer kan køres samtidigt med varmepumpen og kan derfor bruges i balancepunkt- eller cut-off temperaturstyringsstrategier.
En udetemperaturføler slukker for varmepumpen, når temperaturen falder under den forudindstillede grænse. Under denne temperatur er det kun tilskudsvarmeanlægget, der fungerer. Føleren er normalt indstillet til at slukke ved den temperatur, der svarer til det økonomiske balancepunkt, eller ved den udetemperatur, hvorunder det er billigere at opvarme med tilskudsvarmeanlægget i stedet for varmepumpen.
Jordvarmepumpesystemer
Jordbaserede systemer fortsætter med at fungere uanset udendørstemperaturen og er som sådan ikke underlagt den samme slags driftsrestriktioner. Tilskudsvarmesystemet leverer kun varme, der overstiger jordkildeenhedens nominelle kapacitet.
Termostater
Konventionelle termostater
De fleste varmepumpesystemer med kanaler til boliger er installeret med en "to-trins varme/et-trins køling" indendørstermostat. Fase et kalder på varme fra varmepumpen, hvis temperaturen falder til under det forudindstillede niveau. Trin to kalder på varme fra tilskudsvarmeanlægget, hvis indetemperaturen bliver ved med at falde under den ønskede temperatur. Kanalløse luftvarmepumper til boliger er typisk installeret med en enkelttrins varme-/køletermostat eller i mange tilfælde en indbygget termostat indstillet af en fjernbetjening, der følger med enheden.
Den mest almindelige type termostat, der anvendes, er typen "indstil og glem". Installatøren rådfører sig med dig inden indstilling af den ønskede temperatur. Når dette er gjort, kan du glemme termostaten; det vil automatisk skifte systemet fra opvarmning til køletilstand eller omvendt.
Der er to typer udendørs termostater, der bruges med disse systemer. Den første type styrer driften af det elektriske modstand supplerende varmesystem. Dette er den samme type termostat, som bruges med en elektrisk ovn. Den tænder for forskellige trin af varmeapparater, efterhånden som udendørstemperaturen falder gradvist lavere. Dette sikrer, at den korrekte mængde tilskudsvarme leveres som reaktion på udendørsforhold, hvilket maksimerer effektiviteten og sparer dig penge. Den anden type slukker simpelthen for luftvarmepumpen, når udetemperaturen falder under et specificeret niveau.
Termostattilbageslag giver muligvis ikke samme slags fordele med varmepumpesystemer som med mere konventionelle varmesystemer. Afhængigt af mængden af sænkningen og temperaturfaldet kan varmepumpen muligvis ikke levere al den varme, der kræves for at bringe temperaturen tilbage til det ønskede niveau med kort varsel. Det kan betyde, at tilskudsvarmeanlægget kører, indtil varmepumpen "indhenter". Dette vil reducere de besparelser, som du måske havde forventet at opnå ved at installere varmepumpen. Se diskussion i tidligere afsnit om minimering af temperatursænkninger.
Programmerbare termostater
Programmerbare varmepumpetermostater fås i dag hos de fleste varmepumpeproducenter og deres repræsentanter. I modsætning til konventionelle termostater opnår disse termostater besparelser på grund af temperaturfald i ledige perioder eller natten over. Selvom dette opnås på forskellige måder af forskellige producenter, bringer varmepumpen huset tilbage til det ønskede temperaturniveau med eller uden minimal tilskudsvarme. For dem, der er vant til termostatsænkning og programmerbare termostater, kan dette være en værdifuld investering. Andre funktioner, der er tilgængelige med nogle af disse elektroniske termostater, omfatter følgende:
- Programmerbar styring, der giver mulighed for brugervalg af automatisk varmepumpe eller kun ventilatordrift, efter tidspunkt på dagen og ugedag.
- Forbedret temperaturkontrol sammenlignet med konventionelle termostater.
- Intet behov for udendørstermostater, da den elektroniske termostat kun kræver tilskudsvarme, når det er nødvendigt.
- Intet behov for en udendørs termostatstyring på tillægsvarmepumper.
Besparelser fra programmerbare termostater er meget afhængige af typen og størrelsen på dit varmepumpesystem. For systemer med variabel hastighed kan tilbageslag gøre det muligt for systemet at køre ved en lavere hastighed, hvilket reducerer slid på kompressoren og hjælper med at øge systemets effektivitet.
Varmefordelingssystemer
Varmepumpesystemer leverer generelt en større mængde luftstrøm ved lavere temperatur sammenlignet med ovnsystemer. Som sådan er det meget vigtigt at undersøge indblæsningsluftstrømmen i dit system, og hvordan den kan sammenlignes med luftstrømskapaciteten i dine eksisterende kanaler. Hvis varmepumpens luftstrøm overstiger kapaciteten af din eksisterende kanal, kan du have problemer med støj eller øget blæserenergiforbrug.
Nye varmepumpeanlæg bør designes efter fast praksis. Hvis installationen er en eftermontering, bør det eksisterende kanalsystem undersøges omhyggeligt for at sikre, at det er tilstrækkeligt.
Bemærkning:
Nogle af artiklerne er hentet fra internettet. Hvis der er nogen overtrædelse, bedes du kontakte os for at slette den. Hvis du er interesseret i varmepumpeprodukter, er du velkommen til at kontakte OSB varmepumpefirma, vi er dit bedste valg.
Indlægstid: 01-november 2022