Verwarmen en koelen met een warmtepomp - Deel 2

Tijdens de verwarmingscyclus wordt warmte uit de buitenlucht gehaald en naar binnen “gepompt”.

• Eerst stroomt het vloeibare koelmiddel door het expansieapparaat en verandert het in een vloeistof/dampmengsel onder lage druk. Vervolgens gaat het naar de buitenspiraal, die fungeert als verdamperspiraal. Het vloeibare koelmiddel absorbeert warmte uit de buitenlucht en kookt, waardoor het een lage temperatuurdamp wordt.
• Deze damp gaat door de omkeerklep naar de accumulator, die de resterende vloeistof opvangt voordat de damp de compressor binnengaat. De damp wordt vervolgens gecomprimeerd, waardoor het volume kleiner wordt en de damp opwarmt.
• Ten slotte stuurt de omkeerklep het gas, dat nu heet is, naar de binnenspiraal, de condensor. De warmte van het hete gas wordt overgedragen aan de binnenlucht, waardoor het koelmiddel condenseert tot een vloeistof. Deze vloeistof keert terug naar het expansieapparaat en de cyclus wordt herhaald. De binnenspiraal bevindt zich in het kanaalwerk, dicht bij de oven.

Het vermogen van de warmtepomp om warmte uit de buitenlucht naar de woning over te dragen, is afhankelijk van de buitentemperatuur. Naarmate deze temperatuur daalt, neemt ook het vermogen van de warmtepomp om warmte te absorberen af. Voor veel luchtwarmtepompinstallaties betekent dit dat er een temperatuur is (het thermische balanspunt genoemd) waarbij de verwarmingscapaciteit van de warmtepomp gelijk is aan het warmteverlies van het huis. Beneden deze buitentemperatuur kan de warmtepomp slechts een deel van de warmte leveren die nodig is om de woonruimte comfortabel te houden, en is aanvullende warmte nodig.

Het is belangrijk op te merken dat de overgrote meerderheid van luchtwarmtepompen een minimale bedrijfstemperatuur heeft, waaronder ze niet kunnen werken. Voor nieuwere modellen kan dit variëren van -15°C tot -25°C. Beneden deze temperatuur moet een aanvullend systeem worden gebruikt om het gebouw te verwarmen.

De koelcyclus

De hierboven beschreven cyclus wordt omgekeerd om het huis in de zomer te koelen. Het toestel haalt warmte uit de binnenlucht en stoot deze naar buiten af.

• Net als bij de verwarmingscyclus stroomt het vloeibare koelmiddel door het expansieapparaat en verandert het in een vloeistof/dampmengsel onder lage druk. Vervolgens gaat het naar de binnenspiraal, die als verdamper fungeert. Het vloeibare koelmiddel absorbeert warmte uit de binnenlucht en kookt, waardoor het een lage temperatuurdamp wordt.
• Deze damp gaat door de omkeerklep naar de accumulator, die de resterende vloeistof verzamelt, en vervolgens naar de compressor. De damp wordt vervolgens gecomprimeerd, waardoor het volume kleiner wordt en de damp opwarmt.
• Ten slotte stroomt het gas, dat nu heet is, door de omkeerklep naar de buitenspiraal, die als condensor fungeert. De warmte van het hete gas wordt overgedragen aan de buitenlucht, waardoor het koudemiddel condenseert tot een vloeistof. Deze vloeistof keert terug naar het expansieapparaat en de cyclus wordt herhaald.

Tijdens de koelcyclus ontvochtigt de warmtepomp ook de binnenlucht. Vocht in de lucht die over de binnenbatterij stroomt, condenseert op het oppervlak van de batterij en wordt opgevangen in een pan aan de onderkant van de batterij. Een condensafvoer verbindt deze pan met de huisafvoer.

De ontdooicyclus

Als de buitentemperatuur tot dichtbij of onder het vriespunt daalt terwijl de warmtepomp in de verwarmingsmodus werkt, zal het vocht in de lucht die over de buitenspiraal stroomt condenseren en erop bevriezen. De hoeveelheid vorstvorming is afhankelijk van de buitentemperatuur en de hoeveelheid vocht in de lucht.

Deze ijsvorming vermindert de efficiëntie van de batterij door het vermogen ervan om warmte aan het koelmiddel over te dragen te verminderen. Op een gegeven moment moet de rijp worden verwijderd. Hiervoor schakelt de warmtepomp over naar de ontdooimodus. De meest gebruikelijke aanpak is:

• Eerst schakelt de omkeerklep het apparaat naar de koelmodus. Hierdoor wordt heet gas naar de buitenspiraal gestuurd om de rijp te laten smelten. Tegelijkertijd wordt de buitenventilator, die normaal gesproken koude lucht over de spoel blaast, uitgeschakeld om de hoeveelheid warmte die nodig is om de rijp te laten smelten te verminderen.
• Terwijl dit gebeurt, koelt de warmtepomp de lucht in het kanaalwerk. Normaal gesproken zou het verwarmingssysteem deze lucht opwarmen, aangezien deze door het hele huis wordt verspreid.

Er worden één van twee methoden gebruikt om te bepalen wanneer de unit in de ontdooimodus gaat:

• Demand-frost-regelaars bewaken de luchtstroom, de koelmiddeldruk, de lucht- of batterijtemperatuur en het drukverschil over de buitenbatterij om vorstophoping te detecteren.
• Tijd-temperatuur-ontdooiing wordt gestart en beëindigd door een vooraf ingestelde intervaltimer of een temperatuursensor op de buitenbatterij. De cyclus kan elke 30, 60 of 90 minuten worden gestart, afhankelijk van het klimaat en het ontwerp van het systeem.

Onnodige ontdooicycli verminderen de seizoensprestaties van de warmtepomp. Als gevolg hiervan is de vraag-vorstmethode over het algemeen efficiënter, aangezien deze de ontdooicyclus alleen start wanneer dit nodig is.

Aanvullende warmtebronnen

Omdat luchtwarmtepompen een minimale bedrijfstemperatuur buiten hebben (tussen -15°C tot -25°C) en een verminderde verwarmingscapaciteit bij zeer lage temperaturen, is het belangrijk om een ​​aanvullende verwarmingsbron te overwegen voor luchtwarmtepompwerking. Er kan ook aanvullende verwarming nodig zijn wanneer de warmtepomp aan het ontdooien is. Er zijn verschillende opties beschikbaar:

• Volledig elektrisch: In deze configuratie wordt de werking van de warmtepomp aangevuld met elektrische weerstandselementen in het kanaalwerk of met elektrische plinten. Deze weerstandselementen zijn minder efficiënt dan de warmtepomp, maar hun vermogen om verwarming te leveren is onafhankelijk van de buitentemperatuur.
• Hybride systeem: In een hybride systeem gebruikt de luchtwarmtepomp een aanvullend systeem zoals een oven of boiler. Deze optie kan worden toegepast bij nieuwe installaties, maar is ook een goede optie wanneer een warmtepomp wordt toegevoegd aan een bestaand systeem, bijvoorbeeld wanneer een warmtepomp wordt geïnstalleerd ter vervanging van een centrale airconditioning.

Zie het laatste deel van dit boekje, Gerelateerde apparatuur, voor meer informatie over systemen die gebruik maken van aanvullende verwarmingsbronnen. Daar kunt u opties vinden voor het programmeren van uw systeem voor de overgang tussen gebruik van een warmtepomp en gebruik van een aanvullende warmtebron.

Overwegingen op het gebied van energie-efficiëntie

Ter ondersteuning van het begrip van dit gedeelte kunt u het eerdere gedeelte Een inleiding tot de efficiëntie van warmtepompen raadplegen voor een uitleg van wat HSPF's en SEER's vertegenwoordigen.

In Canada schrijven de voorschriften voor energie-efficiëntie een minimale seizoensefficiëntie voor in verwarming en koeling die moet worden bereikt voordat het product op de Canadese markt kan worden verkocht. Naast deze regelgeving kan uw provincie of territorium strengere eisen stellen.

De minimale prestaties voor Canada als geheel en typische bereiken voor op de markt verkrijgbare producten worden hieronder samengevat voor verwarming en koeling. Het is belangrijk om ook te controleren of er in uw regio aanvullende regelgeving geldt voordat u uw systeem selecteert.

Seizoensgebonden koelprestaties, SEER:

• Minimale SEER (Canada): 14
• Bereik, SEER in marktbeschikbare producten: 14 tot 42

Seizoensprestaties verwarming, HSPF

• Minimale HSPF (Canada): 7,1 (voor regio V)
• Bereik, HSPF in op de markt verkrijgbare producten: 7,1 tot 13,2 (voor regio V)

Opmerking: HSPF-factoren zijn gegeven voor AHRI-klimaatzone V, die een vergelijkbaar klimaat heeft als Ottawa. De werkelijke seizoensefficiëntie kan variëren, afhankelijk van uw regio. Een nieuwe prestatienorm die tot doel heeft de prestaties van deze systemen in Canadese regio's beter weer te geven, is momenteel in ontwikkeling.

De werkelijke SEER- of HSPF-waarden zijn afhankelijk van een aantal factoren die voornamelijk verband houden met het ontwerp van de warmtepomp. De huidige prestaties zijn de afgelopen 15 jaar aanzienlijk geëvolueerd, dankzij nieuwe ontwikkelingen op het gebied van compressortechnologie, het ontwerp van warmtewisselaars en een verbeterde koelmiddelstroom en -regeling.

Warmtepompen met één snelheid en variabele snelheid

Van bijzonder belang bij het overwegen van de efficiëntie is de rol van nieuwe compressorontwerpen bij het verbeteren van de seizoensprestaties. Units die werken op de minimaal voorgeschreven SEER en HSPF worden doorgaans gekenmerkt door warmtepompen met één snelheid. Er zijn nu luchtwarmtepompen met variabele snelheid beschikbaar die zijn ontworpen om de capaciteit van het systeem te variëren, zodat deze beter aansluit bij de verwarmings-/koelingsvraag van het huis op een bepaald moment. Dit helpt om te allen tijde de maximale efficiëntie te behouden, ook tijdens mildere omstandigheden wanneer er minder eisen aan het systeem worden gesteld.

Meer recentelijk zijn luchtwarmtepompen op de markt geïntroduceerd die beter zijn aangepast aan werking in het koude Canadese klimaat. Deze systemen, vaak koudeklimaatwarmtepompen genoemd, combineren compressoren met variabele capaciteit met verbeterde ontwerpen en bedieningselementen van de warmtewisselaar om de verwarmingscapaciteit bij koudere luchttemperaturen te maximaliseren, terwijl de hoge efficiëntie behouden blijft tijdens mildere omstandigheden. Dit soort systemen hebben doorgaans hogere SEER- en HSPF-waarden, waarbij sommige systemen SEER's tot 42 bereiken en HSPF's bijna 13.

Certificering, normen en beoordelingsschalen

De Canadian Standards Association (CSA) verifieert momenteel alle warmtepompen op elektrische veiligheid. Een prestatienorm specificeert tests en testomstandigheden waarbij de verwarmings- en koelcapaciteiten en efficiëntie van warmtepompen worden bepaald. De prestatietestnormen voor luchtwarmtepompen zijn CSA C656, die (vanaf 2014) is geharmoniseerd met ANSI/AHRI 210/240-2008, Prestatiebeoordeling van unitaire airconditioning- en luchtbronwarmtepompapparatuur. Het vervangt ook CAN/CSA-C273.3-M91, prestatienorm voor centrale airconditioners en warmtepompen met een split-systeem.

Overwegingen bij het formaat

Om uw warmtepompsysteem op de juiste manier te dimensioneren, is het belangrijk om de verwarmings- en koelingsbehoeften van uw huis te begrijpen. Het wordt aanbevolen om een ​​verwarmings- en koelingsprofessional in te schakelen om de vereiste berekeningen uit te voeren. De verwarmings- en koelingsbelasting moet worden bepaald met behulp van een erkende dimensioneringsmethode, zoals CSA F280-12, “Determining the Required Capacity of Residential Space Heating and Cooling Appliances.”

De dimensionering van uw warmtepompsysteem moet worden gedaan op basis van uw klimaat, de belasting van uw gebouw voor verwarming en koeling, en de doelstellingen van uw installatie (bijvoorbeeld het maximaliseren van de energiebesparingen voor verwarming versus het vervangen van een bestaand systeem gedurende bepaalde perioden van het jaar). Om u bij dit proces te helpen heeft NRCan een Air-Source Heat Pump Sizing and Selection Guide ontwikkeld. Deze gids, samen met een bijbehorende softwaretool, is bedoeld voor energieadviseurs en mechanische ontwerpers, en is gratis beschikbaar om advies te geven over de juiste maatvoering.

Als een warmtepomp te klein is, zult u merken dat het bijverwarmingssysteem vaker zal worden gebruikt. Hoewel een te klein systeem nog steeds efficiënt zal werken, is het mogelijk dat u niet de verwachte energiebesparingen behaalt als gevolg van een hoog gebruik van een aanvullend verwarmingssysteem.

Als een warmtepomp te groot is, wordt de gewenste energiebesparing mogelijk niet gerealiseerd als gevolg van een inefficiënte werking tijdens mildere omstandigheden. Hoewel het aanvullende verwarmingssysteem minder vaak werkt, produceert de warmtepomp onder warmere omgevingsomstandigheden te veel warmte en schakelt de unit aan en uit, wat leidt tot ongemak, slijtage van de warmtepomp en stand-by elektriciteitsverbruik. Het is daarom belangrijk om goed inzicht te hebben in uw verwarmingsbehoefte en wat de werkingseigenschappen van de warmtepomp zijn om een ​​optimale energiebesparing te realiseren.

Andere selectiecriteria

Naast de dimensionering moeten verschillende aanvullende prestatiefactoren in overweging worden genomen:

• HSPF: Selecteer een eenheid met een zo hoog mogelijke HSPF als praktisch mogelijk is. Voor units met vergelijkbare HSPF-classificaties controleert u hun steady-state-classificaties bij –8,3°C, de lage temperatuurclassificatie. De eenheid met de hogere waarde zal in de meeste regio's van Canada de meest efficiënte zijn.
• Ontdooien: Selecteer een unit met ontdooiregeling op aanvraag. Dit minimaliseert ontdooicycli, waardoor het aanvullende energieverbruik en het energieverbruik van de warmtepomp worden verminderd.
• Geluidswaardering: Geluid wordt gemeten in eenheden die decibel (dB) worden genoemd. Hoe lager de waarde, hoe lager het geluidsvermogen van de buitenunit. Hoe hoger het decibelniveau, hoe luider het geluid. De meeste warmtepompen hebben een geluidsniveau van 76 dB of lager.

Installatieoverwegingen

Luchtwarmtepompen moeten worden geïnstalleerd door een gekwalificeerde aannemer. Raadpleeg een plaatselijke verwarmings- en koelingsprofessional om uw apparatuur te dimensioneren, installeren en onderhouden om een ​​efficiënte en betrouwbare werking te garanderen. Als u een warmtepomp wilt implementeren om uw centrale oven te vervangen of aan te vullen, moet u zich ervan bewust zijn dat warmtepompen over het algemeen met hogere luchtstromen werken dan verwarmingssystemen. Afhankelijk van de grootte van uw nieuwe warmtepomp kunnen er enkele aanpassingen aan uw kanaalwerk nodig zijn om extra lawaai en energieverbruik van de ventilator te voorkomen. Uw aannemer kan u advies geven over uw specifieke geval.

De kosten voor het installeren van een luchtwarmtepomp zijn afhankelijk van het type systeem, uw ontwerpdoelstellingen en eventuele bestaande verwarmingsapparatuur en leidingwerk in uw huis. In sommige gevallen kunnen aanvullende aanpassingen aan het leidingwerk of de elektrische voorzieningen nodig zijn ter ondersteuning van uw nieuwe warmtepompinstallatie.

Operationele overwegingen

Bij het gebruik van uw warmtepomp dient u op een aantal belangrijke zaken te letten:

• Optimaliseer de instelpunten van de warmtepomp en het aanvullende systeem. Als u een elektrisch aanvullend systeem heeft (bijvoorbeeld plinten of weerstandselementen in kanalen), zorg er dan voor dat u een lager temperatuurinstelpunt gebruikt voor uw aanvullende systeem. Dit zal helpen om de hoeveelheid verwarming die de warmtepomp aan uw huis levert te maximaliseren, waardoor uw energieverbruik en energierekeningen worden verlaagd. Een instelpunt van 2°C tot 3°C ​​onder het instelpunt van de verwarmingstemperatuur van de warmtepomp wordt aanbevolen. Raadpleeg uw installateur over het optimale instelpunt voor uw systeem.
• Instellen voor een efficiënte ontdooiing. U kunt het energieverbruik verminderen door uw systeem zo in te stellen dat de binnenventilator tijdens ontdooicycli wordt uitgeschakeld. Dit kan door uw installateur worden uitgevoerd. Het is echter belangrijk op te merken dat het ontdooien bij deze opstelling iets langer kan duren.
• Minimaliseer temperatuurdalingen. Warmtepompen reageren langzamer dan ovensystemen, waardoor ze moeilijker reageren op diepe temperatuurdalingen. Er moet gebruik worden gemaakt van gematigde tegenslagen van niet meer dan 2°C, of ​​er moet gebruik worden gemaakt van een “slimme” thermostaat die het systeem vroegtijdig inschakelt, in afwachting van herstel na een tegenslag. Raadpleeg ook hier uw installateur over de optimale verlagingstemperatuur voor uw systeem.
• Optimaliseer uw luchtstroomrichting. Als u een binnenunit aan de muur heeft, overweeg dan om de richting van de luchtstroom aan te passen om uw comfort te maximaliseren. De meeste fabrikanten raden aan om de luchtstroom naar beneden te richten tijdens het verwarmen, en naar de bewoners tijdens het koelen.
• Optimaliseer ventilatorinstellingen. Zorg er ook voor dat u de ventilatorinstellingen aanpast om het comfort te maximaliseren. Om de warmteafgifte van de warmtepomp te maximaliseren, wordt aanbevolen om de ventilatorsnelheid op hoog of 'Auto' te zetten. Om ook de ontvochtiging te verbeteren, wordt bij koeling de 'lage' ventilatorsnelheid aanbevolen.

Onderhoudsoverwegingen

Goed onderhoud is van cruciaal belang om ervoor te zorgen dat uw warmtepomp efficiënt, betrouwbaar en een lange levensduur heeft. U moet een gekwalificeerde aannemer het jaarlijkse onderhoud aan uw apparaat laten uitvoeren om er zeker van te zijn dat alles in goede staat verkeert.

Naast het jaarlijkse onderhoud zijn er een paar eenvoudige dingen die u kunt doen om een ​​betrouwbare en efficiënte werking te garanderen. Zorg ervoor dat u uw luchtfilter elke 3 maanden vervangt of schoonmaakt, omdat verstopte filters de luchtstroom verminderen en de efficiëntie van uw systeem verminderen. Zorg er ook voor dat ventilatieopeningen en luchtroosters in uw huis niet worden geblokkeerd door meubels of vloerbedekking, aangezien een onvoldoende luchtstroom naar of van uw unit de levensduur van de apparatuur kan verkorten en de efficiëntie van het systeem kan verminderen.

Operatie kosten

De energiebesparing door het installeren van een warmtepomp kan u helpen uw maandelijkse energierekening te verlagen. Het bereiken van een verlaging van uw energierekening hangt in grote mate af van de prijs van elektriciteit in verhouding tot andere brandstoffen zoals aardgas of stookolie, en, bij retrofittoepassingen, van welk type systeem wordt vervangen.

Warmtepompen brengen over het algemeen hogere kosten met zich mee in vergelijking met andere systemen, zoals ovens of elektrische plinten, vanwege het aantal componenten in het systeem. In sommige regio's en gevallen kunnen deze extra kosten in relatief korte tijd worden terugverdiend door de besparingen op de energiekosten. In andere regio's kunnen variërende energietarieven deze periode echter verlengen. Het is belangrijk om samen te werken met uw aannemer of energieadviseur om een ​​schatting te krijgen van de economische voordelen van warmtepompen in uw regio en de potentiële besparingen die u kunt realiseren.

Levensverwachting en garanties

Luchtwarmtepompen hebben een levensduur van 15 tot 20 jaar. De compressor is het kritische onderdeel van het systeem.

De meeste warmtepompen worden gedekt door een garantie van één jaar op onderdelen en arbeid, en een extra garantie van vijf tot tien jaar op de compressor (alleen voor onderdelen). Garanties variëren echter per fabrikant, dus controleer de kleine lettertjes.

Opmerking:

Een deel van de artikelen is van internet gehaald. Als er sprake is van inbreuk, neem dan contact met ons op om deze te verwijderen. Als u geïnteresseerd bent in warmtepompproducten, neem dan gerust contact op met het OSB-warmtepompbedrijf, wij zijn uw beste keuze.