חימום וקירור באמצעות משאבת חום-חלק 2

במהלך מחזור החימום, חום נלקח מאוויר חיצוני ו"נשאב" פנימה.

• ראשית, נוזל הקירור הנוזלי עובר דרך התקן ההרחבה, ומשתנה לתערובת נוזל/אדים בלחץ נמוך. לאחר מכן הוא עובר לסליל החיצוני, שפועל בתור סליל המאייד. נוזל הקירור הנוזלי סופג חום מהאוויר החיצוני ורותח והופך לאדים בטמפרטורה נמוכה.
• אד זה עובר דרך שסתום ההיפוך אל המצבר, אשר אוסף את כל הנוזל הנותר לפני שהאדים נכנסים למדחס. לאחר מכן האדים נדחסים, מקטינים את נפחו וגורמים לו להתחמם.
• לבסוף, שסתום ההיפוך שולח את הגז, שהוא כעת חם, אל הסליל הפנימי, שהוא המעבה. החום מהגז החם מועבר לאוויר הפנימי, מה שגורם לקירור להתעבות לנוזל. נוזל זה חוזר למכשיר ההרחבה והמחזור חוזר על עצמו. הסליל הפנימי ממוקם בצינור, קרוב לכבשן.

היכולת של משאבת החום להעביר חום מהאוויר החיצוני לבית תלויה בטמפרטורה החיצונית. ככל שהטמפרטורה הזו יורדת, יורדת גם יכולתה של משאבת החום לספוג חום. עבור מתקנים רבים של משאבת חום מקור אוויר, המשמעות היא שקיימת טמפרטורה (הנקראת נקודת האיזון התרמית) כאשר כושר החימום של משאבת החום שווה לאיבוד החום של הבית. מתחת לטמפרטורת הסביבה החיצונית הזו, משאבת החום יכולה לספק רק חלק מהחום הנדרש כדי לשמור על מרחב המחיה נוח, ונדרש חום משלים.

חשוב לציין שלרוב המוחלט של משאבות חום מקור אוויר יש טמפרטורת עבודה מינימלית, שמתחתיה הן אינן מסוגלות לפעול. עבור דגמים חדשים יותר, זה יכול לנוע בין -15°C ל-25°C. מתחת לטמפרטורה זו, יש להשתמש במערכת משלימה כדי לספק חימום לבניין.

מחזור הקירור

המחזור המתואר לעיל הפוך כדי לקרר את הבית במהלך הקיץ. היחידה מוציאה חום מהאוויר הפנימי ודוחה אותו בחוץ.

• כמו במחזור החימום, נוזל הקירור הנוזלי עובר דרך התקן ההרחבה, ומשתנה לתערובת נוזל/אדים בלחץ נמוך. לאחר מכן הוא עובר לסליל המקורה, המשמש כמאייד. הקירור הנוזלי סופג חום מהאוויר הפנימי ורותח, והופך לאדים בטמפרטורה נמוכה.
• אד זה עובר דרך שסתום ההיפוך אל המצבר, אשר אוסף את כל הנוזל הנותר, ולאחר מכן אל המדחס. לאחר מכן האדים נדחסים, מקטינים את נפחו וגורמים לו להתחמם.
• לבסוף, הגז, שחם כעת, עובר דרך שסתום ההיפוך אל הסליל החיצוני, המשמש כמעבה. החום מהגז החם מועבר לאוויר החיצוני, וגורם לקירור להתעבות לנוזל. נוזל זה חוזר למכשיר ההרחבה, והמחזור חוזר על עצמו.

במהלך מחזור הקירור, משאבת החום גם מייבשת את האוויר הפנימי. לחות באוויר העובר על הסליל הפנימי מתעבה על פני הסליל ונאספת במחבת בתחתית הסליל. ניקוז עיבוי מחבר את המחבת הזו לניקוז הבית.

מחזור ההפשרה

אם הטמפרטורה החיצונית יורדת לקרוב או מתחת לאפס כאשר משאבת החום פועלת במצב חימום, הלחות באוויר העובר מעל הסליל החיצוני תתעבה ותקפא עליו. כמות הצטברות הכפור תלויה בטמפרטורה החיצונית ובכמות הלחות באוויר.

הצטברות כפור זו מפחיתה את יעילות הסליל על ידי הפחתת יכולתו להעביר חום לקירור. בשלב מסוים יש להסיר את הכפור. לשם כך, משאבת החום עוברת למצב הפשרה. הגישה הנפוצה ביותר היא:

• ראשית, שסתום ההיפוך מעביר את המכשיר למצב קירור. זה שולח גז חם לסליל החיצוני כדי להמיס את הכפור. במקביל המאוורר החיצוני, שבדרך כלל נושף אוויר קר על הסליל, כבוי על מנת להפחית את כמות החום הדרושה להמסת הכפור.
• בזמן שזה קורה, משאבת החום מקררת את האוויר בתעלות. מערכת החימום בדרך כלל מחממת אוויר זה כשהוא מופץ בכל הבית.

אחת משתי שיטות משמשת כדי לקבוע מתי היחידה עוברת למצב הפשרה:

• בקרות כפור לפי דרישה עוקבות אחר זרימת האוויר, לחץ נוזל הקירור, טמפרטורת האוויר או הסליל והפרש הלחץ על פני הסליל החיצוני כדי לזהות הצטברות כפור.
• הפשרה בזמן-טמפרטורת מתחילה ומסתיימת על ידי טיימר מרווח מוגדר מראש או חיישן טמפרטורה הממוקם על הסליל החיצוני. ניתן להתחיל את המחזור כל 30, 60 או 90 דקות, בהתאם לאקלים ולעיצוב המערכת.

מחזורי הפשרה מיותרים מפחיתים את הביצועים העונתיים של משאבת החום. כתוצאה מכך, שיטת ההפשרה לפי דרישה היא בדרך כלל יעילה יותר מכיוון שהיא מתחילה את מחזור ההפשרה רק כאשר הדבר נדרש.

מקורות חום משלימים

מכיוון שלמשאבות חום מקור אוויר יש טמפרטורת הפעלה חיצונית מינימלית (בין -15 מעלות צלזיוס ל-25 מעלות צלזיוס) ויכולת חימום מופחתת בטמפרטורות קרות מאוד, חשוב לשקול מקור חימום משלים לפעילות משאבת חום מקור אוויר. ייתכן שיידרש חימום משלים גם כאשר משאבת החום מפשירה. אפשרויות שונות זמינות:

• הכל חשמלי: בתצורה זו, פעולות משאבת החום מתווספות עם רכיבי התנגדות חשמליים הממוקמים בתעלות או עם לוחות בסיס חשמליים. רכיבי התנגדות אלו פחות יעילים ממשאבת החום, אך יכולתם לספק חימום אינה תלויה בטמפרטורה החיצונית.
• מערכת היברידית: במערכת היברידית, משאבת החום ממקור האוויר משתמשת במערכת משלימה כגון תנור או דוד. אפשרות זו ניתנת לשימוש בהתקנות חדשות, והיא גם אפשרות טובה בה מוסיפים משאבת חום למערכת קיימת, למשל כאשר מותקנת משאבת חום כתחליף למזגן מרכזי.

עיין בחלק האחרון של חוברת זו, ציוד קשור, למידע נוסף על מערכות המשתמשות במקורות חימום משלימים. שם, אתה יכול למצוא דיון על אפשרויות כיצד לתכנת את המערכת שלך למעבר בין שימוש במשאבת חום לשימוש במקור חום משלים.

שיקולי יעילות אנרגטית

כדי לתמוך בהבנה של סעיף זה, עיין בסעיף הקודם שנקרא מבוא ליעילות משאבת חום להסבר על מה מייצגים HSPFs ו-SEERs.

בקנדה, תקנות התייעלות אנרגטית קובעות יעילות עונתית מינימלית בחימום וקירור שיש להשיג כדי שהמוצר יימכר בשוק הקנדי. בנוסף לתקנות אלה, למחוז או לטריטוריה שלך עשויות להיות דרישות מחמירות יותר.

ביצועים מינימליים עבור קנדה כולה, וטווחים טיפוסיים עבור מוצרים זמינים בשוק, מסוכמים להלן עבור חימום וקירור. חשוב לבדוק גם אם קיימים תקנות נוספות באזור שלך לפני בחירת המערכת שלך.

ביצועים עונתיים של קירור, SEER:

• מינימום SEER (קנדה): 14
• טווח, SEER במוצרים זמינים בשוק: 14 עד 42

ביצועי חימום עונתיים, HSPF

• מינימום HSPF (קנדה): 7.1 (עבור אזור V)
• טווח, HSPF במוצרים זמינים בשוק: 7.1 עד 13.2 (עבור אזור V)

הערה: גורמי HSPF מסופקים עבור אזור אקלים V של AHRI, שיש לו אקלים דומה לאוטווה. היעילות העונתית בפועל עשויה להשתנות בהתאם לאזור שלך. תקן ביצועים חדש שמטרתו לייצג טוב יותר את הביצועים של מערכות אלו באזורי קנדה נמצא כעת בפיתוח.

ערכי SEER או HSPF בפועל תלויים במגוון גורמים הקשורים בעיקר לתכנון משאבת חום. הביצועים הנוכחיים התפתחו באופן משמעותי במהלך 15 השנים האחרונות, מונעים על ידי פיתוחים חדשים בטכנולוגיית מדחסים, עיצוב מחליף חום ושיפור זרימת ובקרת נוזל הקירור.

משאבות חום עם מהירות בודדת ומהירות משתנה

חשיבות מיוחדת כאשר בוחנים יעילות הוא התפקיד של עיצובי מדחס חדשים בשיפור הביצועים העונתיים. בדרך כלל, יחידות הפועלות במינימום שנקבעו SEER ו-HSPF מאופיינות במשאבות חום חד-מהירות. זמינות כעת משאבות חום מקור אוויר במהירות משתנה המיועדות לשנות את הקיבולת של המערכת כך שתתאים יותר לדרישת החימום/קירור של הבית ברגע נתון. זה עוזר לשמור על יעילות שיא בכל עת, כולל בתנאים מתונים יותר כאשר יש ביקוש נמוך יותר למערכת.

לאחרונה, הוצגו לשוק משאבות חום ממקור אוויר המותאמות יותר לפעול באקלים הקנדי הקר. מערכות אלה, הנקראות לעתים קרובות משאבות חום באקלים קר, משלבות מדחסים בקיבולת משתנה עם עיצובים ובקרות משופרים של מחליף חום כדי למקסם את קיבולת החימום בטמפרטורות אוויר קרות יותר, תוך שמירה על יעילות גבוהה בתנאים מתונים יותר. לסוגי מערכות אלה יש בדרך כלל ערכי SEER ו-HSPF גבוהים יותר, כאשר חלק מהמערכות מגיעות ל-SEERs עד 42, ו-HSPFs מתקרבים ל-13.

הסמכה, תקנים וסולם דירוג

איגוד התקנים הקנדי (CSA) מאמת כיום את כל משאבות החום לבטיחות חשמלית. תקן ביצועים מפרט בדיקות ותנאי בדיקה שבהם נקבעות יכולות החימום והקירור של משאבת חום ויעילותן. תקני בדיקת הביצועים עבור משאבות חום מקור אוויר הם CSA C656, אשר (נכון לשנת 2014) עבר הרמוניה עם ANSI/AHRI 210/240-2008, דירוג ביצועים של ציוד מיזוג אוויר יחידני וציוד משאבת חום ממקור אוויר. זה גם מחליף את CAN/CSA-C273.3-M91, תקן ביצועים עבור מזגנים מרכזיים ומשאבות חום עם מערכת מפוצלת.

שיקולי גודל

כדי להתאים את גודל מערכת משאבת החום שלך, חשוב להבין את צרכי החימום והקירור לבית שלך. מומלץ להעסיק איש מקצוע חימום וקירור שיבצע את החישובים הנדרשים. יש לקבוע את עומסי החימום והקירור באמצעות שיטת גודל מוכרת כגון CSA F280-12, "קביעת הקיבולת הנדרשת של מכשירי חימום וקירור חללי מגורים".

הגודל של מערכת משאבת החום שלך צריך להיעשות בהתאם לעומסי האקלים, החימום והקירור של הבניין שלך, ולמטרות ההתקנה שלך (למשל, מקסום חיסכון באנרגיה לחימום לעומת עקירת מערכת קיימת בתקופות מסוימות בשנה). כדי לסייע בתהליך זה, NRCan פיתחה מדריך לגודל ובחירה של משאבת חום מקור אוויר. מדריך זה, יחד עם כלי תוכנה נלווה, מיועד ליועצי אנרגיה ולמתכננים מכניים, והוא זמין באופן חופשי כדי לספק הדרכה לגבי גודל מתאים.

אם משאבת חום נמוכה, תבחין כי מערכת החימום המשלימה תשמש בתדירות גבוהה יותר. למרות שמערכת נמוכה עדיין תפעל ביעילות, ייתכן שלא תקבל את החיסכון הצפוי באנרגיה עקב שימוש רב במערכת חימום משלימה.

כמו כן, אם משאבת חום גדולה מדי, ייתכן שהחיסכון הרצוי באנרגיה לא יתממש עקב פעולה לא יעילה בתנאים מתונים יותר. בעוד שמערכת החימום המשלימה פועלת בתדירות נמוכה יותר, בתנאי סביבה חמים יותר, משאבת החום מייצרת יותר מדי חום והיחידה נדלקת ומכבה ומובילה לאי נוחות, לשחיקה של משאבת החום ולצריכת חשמל במצב המתנה. לכן חשוב להבין היטב את עומס החימום שלך ומהם מאפייני הפעולה של משאבת החום כדי להשיג חיסכון אופטימלי באנרגיה.

קריטריוני בחירה אחרים

מלבד גודל, יש לקחת בחשבון מספר גורמי ביצועים נוספים:

• HSPF: בחר יחידה עם HSPF גבוה ככל האפשר. עבור יחידות עם דירוגי HSPF דומים, בדוק את דירוג המצב היציב שלהן ב-8.3 מעלות צלזיוס, דירוג הטמפרטורה הנמוכה. היחידה עם הערך הגבוה יותר תהיה היעילה ביותר ברוב אזורי קנדה.
• הפשרה: בחר יחידה עם בקרת הפשרה לפי דרישה. זה ממזער את מחזורי ההפשרה, מה שמפחית את השימוש באנרגיה משלימה ומשאבת חום.
• דירוג קול: צליל נמדד ביחידות הנקראות דציבלים (dB). ככל שהערך נמוך יותר, עוצמת הקול הנפלטת מהיחידה החיצונית נמוכה יותר. ככל שרמת הדציבלים גבוהה יותר, כך הרעש חזק יותר. לרוב משאבות החום יש דירוג צליל של 76 dB ומטה.

שיקולי התקנה

משאבות חום ממקור אוויר צריכות להיות מותקנות על ידי קבלן מוסמך. התייעץ עם איש מקצוע מקומי בתחום החימום והקירור כדי להתאים את הגודל, להתקין ולתחזק את הציוד שלך כדי להבטיח פעולות יעילות ואמינות. אם אתה מחפש ליישם משאבת חום כדי להחליף או להשלים את התנור המרכזי שלך, עליך להיות מודע לכך שמשאבות חום פועלות בדרך כלל בזרימות אוויר גבוהות יותר מאשר מערכות תנורים. בהתאם לגודל משאבת החום החדשה שלך, ייתכן שיהיה צורך בשינויים מסוימים בתעלה שלך כדי למנוע רעש נוסף ושימוש באנרגיה של מאוורר. הקבלן שלך יוכל לתת לך הדרכה במקרה הספציפי שלך.

עלות התקנת משאבת חום מקור אוויר תלויה בסוג המערכת, יעדי התכנון שלך וכל ציוד חימום ותעלות קיים בבית שלך. במקרים מסוימים, ייתכן שיידרשו שינויים נוספים בצינורות או בשירותי החשמל כדי לתמוך בהתקנת משאבת החום החדשה שלך.

שיקולי מבצע

עליך לשים לב למספר דברים חשובים בעת הפעלת משאבת החום שלך:

• ייעל את נקודות ההגדרה של משאבת החום והמערכת המשלימה. אם יש לך מערכת משלימה חשמלית (למשל, לוחות בסיס או רכיבי התנגדות בתעלה), הקפד להשתמש בנקודת קביעת טמפרטורה נמוכה יותר עבור המערכת המשלימה שלך. זה יעזור למקסם את כמות החימום שמספקת משאבת החום לביתך, ותוזיל את צריכת האנרגיה ואת חשבונות החשמל. מומלצת נקודת קביעה של 2°C עד 3°C מתחת לנקודת ההגדרה של טמפרטורת החימום של משאבת החום. התייעץ עם קבלן ההתקנה שלך לגבי נקודת ההגדרה האופטימלית עבור המערכת שלך.
• הכנה להפשרה יעילה. אתה יכול להפחית את צריכת האנרגיה על ידי הגדרת המערכת שלך לכבות את המאוורר הפנימי במהלך מחזורי הפשרה. זה יכול להתבצע על ידי המתקין שלך. עם זאת, חשוב לציין כי הפשרה עשויה להימשך מעט יותר זמן עם התקנה זו.
• צמצם למינימום נפילות בטמפרטורה. למשאבות חום יש תגובה איטית יותר מאשר למערכות תנורים, כך שהן מתקשות יותר להגיב לנפילות טמפרטורה עמוקות. יש להשתמש בנסיגה מתונה של לא יותר מ-2 מעלות צלזיוס או להשתמש בתרמוסטט "חכם" המדליק את המערכת מוקדם, בציפייה להתאוששות מנסיגה. שוב, התייעץ עם קבלן ההתקנה שלך לגבי טמפרטורת הנסיגה האופטימלית עבור המערכת שלך.
• מטב את כיוון זרימת האוויר שלך. אם יש לך יחידה פנימית התלויה על הקיר, שקול להתאים את כיוון זרימת האוויר כדי למקסם את הנוחות שלך. רוב היצרנים ממליצים לכוון את זרימת האוויר כלפי מטה בעת החימום, ולכיוון היושבים בעת הקירור.
• בצע אופטימיזציה של הגדרות המאוורר. כמו כן, הקפד להתאים את הגדרות המאוורר כדי למקסם את הנוחות. כדי למקסם את החום הנמסר ממשאבת החום, מומלץ להגדיר את מהירות המאוורר לרמה גבוהה או 'אוטומטית'. תחת קירור, כדי לשפר גם את הסרת הלחות, מומלצת מהירות המאוורר ה'נמוכה'.

שיקולי תחזוקה

תחזוקה נכונה היא קריטית כדי להבטיח שמשאבת החום שלך פועלת ביעילות, מהימנה ובעלת חיי שירות ארוכים. עליך לקבל קבלן מוסמך לבצע תחזוקה שנתית ביחידה שלך כדי להבטיח שהכל תקין.

מלבד תחזוקה שנתית, יש כמה דברים פשוטים שתוכלו לעשות כדי להבטיח פעילות אמינה ויעילה. הקפד להחליף או לנקות את מסנן האוויר שלך כל 3 חודשים, שכן מסננים סתומים יקטין את זרימת האוויר ויפחית את יעילות המערכת שלך. כמו כן, ודא שפתחי האוורור ופתחי האוויר בביתך אינם חסומים על ידי רהיטים או שטיחים, שכן זרימת אוויר לא מספקת ליחידה או ממנה עלולה לקצר את תוחלת חיי הציוד ולהפחית את יעילות המערכת.

עלויות תפעול

החיסכון באנרגיה מהתקנת משאבת חום יכול לעזור להפחית את חשבונות האנרגיה החודשיים שלך. השגת הפחתה בחשבונות האנרגיה שלך תלויה במידה רבה במחיר החשמל ביחס לדלקים אחרים כגון גז טבעי או נפט להסקה, ובאפליקציות שיפוץ, באיזה סוג מערכת מוחלפת.

משאבות חום באופן כללי מגיעות בעלות גבוהה יותר בהשוואה למערכות אחרות כגון תנורים או לוחות בסיס חשמליים בשל מספר הרכיבים במערכת. באזורים ובמקרים מסוימים, ניתן להחזיר עלות נוספת זו בפרק זמן קצר יחסית באמצעות חיסכון בעלויות השירות. עם זאת, באזורים אחרים, תעריפי שירות משתנים יכולים להאריך תקופה זו. חשוב לעבוד עם הקבלן או יועץ האנרגיה שלך כדי לקבל הערכה לגבי הכלכלה של משאבות חום באזור שלך, והחיסכון הפוטנציאלי שתוכל להשיג.

תוחלת חיים ואחריות

למשאבות חום מקור אוויר יש חיי שירות של בין 15 ל-20 שנים. המדחס הוא המרכיב הקריטי של המערכת.

רוב משאבות החום מכוסות באחריות לשנה על חלקים ועבודה, ואחריות נוספת של חמש עד עשר שנים על המדחס (לחלקים בלבד). עם זאת, האחריות משתנה בין היצרנים, אז בדוק את האותיות הקטנות.

הֶעָרָה:

חלק מהמאמרים לקוחים מהאינטרנט. אם יש הפרה כלשהי, אנא צור איתנו קשר כדי למחוק אותה. אם אתה מעניין במוצרי משאבות חום, אנא אל תהסס לפנות לחברת משאבות חום OSB, אנחנו הבחירה הטובה ביותר שלך.