Η αρχή λειτουργίας των αντλιών θερμότητας σε ψυχρά κλίματα
Η αντλία θερμότητας με πηγή αέρα είναι ο πιο κοινός τύπος τεχνολογίας αντλιών θερμότητας.Αυτά τα συστήματα χρησιμοποιούν τον ατμοσφαιρικό αέρα από το εξωτερικό του κτιρίου ως πηγή θερμότητας ή καλοριφέρ.
Η αντλία θερμότητας λειτουργεί σε λειτουργία ψύξης χρησιμοποιώντας την ίδια διαδικασία με τον κλιματισμό.Αλλά στη λειτουργία θέρμανσης, το σύστημα χρησιμοποιεί εξωτερικό αέρα για να θερμάνει το ψυκτικό.Η αντλία θερμότητας συμπιέζει το ψυκτικό για να παράγει θερμότερο αέριο.Η θερμική ενέργεια κινείται εντός του κτιρίου και απελευθερώνεται μέσω εσωτερικών μονάδων (ή μέσω συστημάτων σωληνώσεων, ανάλογα με τη δομή του συστήματος).
Μια αντλία θερμότητας σε ψυχρό κλίμα θα σας κρατήσει ζεστούς όλο τον χειμώνα.
Όταν το ψυκτικό είναι σημαντικά χαμηλότερο από την εξωτερική θερμοκρασία, η αντλία θερμότητας παρέχει αξιόπιστη θέρμανση.Σε ήπιο καιρό, οι αντλίες θερμότητας σε ψυχρά κλίματα μπορούν να λειτουργήσουν με απόδοση έως και 400% – με άλλα λόγια, παράγουν τετραπλάσια ενέργεια που καταναλώνεται.
Φυσικά, όσο πιο κρύος είναι ο καιρός, τόσο πιο δύσκολο είναι για την αντλία θερμότητας να λειτουργήσει για να παρέχει θερμότητα.Κάτω από ένα ορισμένο όριο θερμοκρασίας, η απόδοση του συστήματος θα μειωθεί.Αυτό όμως δεν σημαίνει ότι οι αντλίες θερμότητας δεν είναι κατάλληλες για θερμοκρασίες κάτω από το σημείο πήξης.
Οι αντλίες θερμότητας κρύου καιρού (γνωστές και ως αντλίες θερμότητας χαμηλής θερμοκρασίας περιβάλλοντος) διαθέτουν καινοτόμα χαρακτηριστικά που τους επιτρέπουν να λειτουργούν αποτελεσματικά σε θερμοκρασίες κάτω των – 30 βαθμών.Αυτές οι λειτουργίες περιλαμβάνουν:
Ψυκτικό για κρύο καιρό
Όλες οι αντλίες θερμότητας με πηγή αέρα περιέχουν ψυκτικό μέσο, μια ένωση που είναι πολύ πιο κρύα από τον εξωτερικό αέρα.Οι αντλίες θερμότητας σε ψυχρά κλίματα χρησιμοποιούν συνήθως ψυκτικά μέσα με σημεία βρασμού χαμηλότερα από τα παραδοσιακά ψυκτικά με αντλίες θερμότητας.Αυτά τα ψυκτικά μπορούν να συνεχίσουν να ρέουν μέσω του συστήματος σε χαμηλές θερμοκρασίες περιβάλλοντος και να απορροφούν περισσότερη θερμότητα από τον κρύο αέρα.
Σχεδιασμός συμπιεστή
Την τελευταία δεκαετία, οι κατασκευαστές έχουν κάνει βελτιώσεις στους συμπιεστές για να μειώσουν την ενέργεια που απαιτείται για τη λειτουργία και να βελτιώσουν την ανθεκτικότητα.Οι αντλίες θερμότητας σε ψυχρά κλίματα χρησιμοποιούν συνήθως μεταβλητούς συμπιεστές που μπορούν να προσαρμόσουν την ταχύτητά τους σε πραγματικό χρόνο.Οι παραδοσιακοί συμπιεστές σταθερής ταχύτητας είναι είτε "on" ή "off", κάτι που δεν είναι πάντα αποτελεσματικό.
Οι μεταβλητοί συμπιεστές μπορούν να λειτουργούν σε χαμηλό ποσοστό της μέγιστης ταχύτητάς τους σε ήπιους καιρούς και στη συνέχεια να αλλάζουν σε υψηλότερες ταχύτητες σε ακραίες θερμοκρασίες.Αυτοί οι μετατροπείς δεν χρησιμοποιούν όλες ή καμία μέθοδο, αλλά εξάγουν την κατάλληλη ποσότητα ενέργειας για να διατηρήσουν τον εσωτερικό χώρο σε άνετη θερμοκρασία.
Άλλες βελτιστοποιήσεις μηχανικής
Αν και όλες οι αντλίες θερμότητας χρησιμοποιούν την ίδια βασική διαδικασία για τη μεταφορά ενέργειας, διάφορες μηχανικές βελτιώσεις μπορούν να βελτιώσουν την απόδοση αυτής της διαδικασίας.Οι αντλίες θερμότητας ψυχρού κλίματος μπορούν να χρησιμοποιήσουν μειωμένη ροή αέρα περιβάλλοντος, αυξημένη χωρητικότητα συμπιεστή και βελτιωμένη διαμόρφωση των κύκλων συμπίεσης.Όταν το μέγεθος του συστήματος είναι κατάλληλο για εφαρμογή, αυτού του είδους οι βελτιώσεις μπορούν να μειώσουν σημαντικά το ενεργειακό κόστος, ακόμη και τον κρύο χειμώνα στα βορειοανατολικά, όπου οι αντλίες θερμότητας λειτουργούν σχεδόν πάντα.
Σύγκριση μεταξύ αντλιών θερμότητας και παραδοσιακών συστημάτων θέρμανσης σε ψυχρά κλίματα
Η απόδοση της θέρμανσης της αντλίας θερμότητας μετριέται με τον παράγοντα απόδοσης περιόδου θέρμανσης (HSPF), ο οποίος διαιρεί τη συνολική απόδοση θέρμανσης κατά τη διάρκεια της περιόδου θέρμανσης (μετρούμενη σε βρετανικές θερμικές μονάδες ή BTU) με τη συνολική κατανάλωση ενέργειας κατά τη διάρκεια αυτής της χρονικής περιόδου (μετρούμενη σε κιλοβάτ ώρες).Όσο υψηλότερος είναι ο HSPF, τόσο καλύτερη είναι η αποτελεσματικότητα.
Οι αντλίες θερμότητας σε ψυχρά κλίματα μπορούν να παρέχουν HSPF 10 ή υψηλότερο – με άλλα λόγια, μεταδίδουν πολύ περισσότερη ενέργεια από ό,τι καταναλώνουν.Κατά τους καλοκαιρινούς μήνες, η αντλία θερμότητας μεταβαίνει σε λειτουργία ψύξης και λειτουργεί αποτελεσματικά (ή πιο αποτελεσματικά) όπως η νέα μονάδα κλιματισμού.
Οι αντλίες θερμότητας υψηλού HSPF μπορούν να αντιμετωπίσουν τον κρύο καιρό.Οι αντλίες θερμότητας σε ψυχρά κλίματα μπορούν ακόμα να παρέχουν αξιόπιστη θερμότητα σε θερμοκρασίες κάτω των -20 ° F και πολλά μοντέλα είναι 100% αποδοτικά σε θερμοκρασίες κάτω από το σημείο πήξης.Λόγω του γεγονότος ότι οι αντλίες θερμότητας καταναλώνουν λιγότερη ηλεκτρική ενέργεια σε ήπιες καιρικές συνθήκες, το κόστος λειτουργίας τους είναι πολύ χαμηλότερο σε σύγκριση με τα παραδοσιακά συστήματα όπως οι φούρνοι καύσης και οι λέβητες.Για τους ιδιοκτήτες κτιρίων, αυτό σημαίνει σημαντική εξοικονόμηση χρόνου.
Αυτό συμβαίνει επειδή τα συστήματα εξαναγκασμένου αέρα, όπως οι φούρνοι φυσικού αερίου, πρέπει να παράγουν θερμότητα, αντί να τη μεταφέρουν από το ένα μέρος στο άλλο.Ένας ολοκαίνουργιος κλίβανος υψηλής απόδοσης μπορεί να επιτύχει ποσοστό χρήσης καυσίμου 98%, αλλά ακόμη και τα μη αποδοτικά συστήματα αντλιών θερμότητας μπορούν να επιτύχουν απόδοση 225% ή μεγαλύτερη.
Ώρα δημοσίευσης: Απρ-17-2023