Як перейти на систему теплового насоса

Ця стаття опублікована в літньому випуску журналу This Old House за 2023 рік. Натисніть тут, щоб дізнатися, як підписатися.

Думаєте про додавання чи заміну системи змінного струму? Можливо, ви захочете скористатися державними знижками та податковими кредитами, доступними для встановлення енергоефективного обладнання HVAC, що працює від електрики. Хороші новини: в обох випадках ніколи не було найкращого часу, щоб розглянути теплові насоси, особливо прості в установці повітряні теплові насоси, які доставляють кондиціоноване повітря у ваш дім.

Хоча базова технологія існує десятиліттями, ці теплові насоси значно вдосконалилися, забезпечуючи обігрів навіть у мороз клімат на 50 відсотків ефективніший, ніж звичайні системи опалення, і охолодження з тією ж ефективністю, що й новий кондиціонер обладнання. Це тому, що тепловий насос не створює енергію, а передає її. Влітку він працює як кондиціонер, забираючи тепло з повітря в приміщенні та викидаючи його назовні.

Взимку він робить навпаки, збираючи тепло надворі — навіть у холодний день — і переносячи його всередину. Оскільки система живиться від електрики, вона чистіша та екологічніша, ніж домашні системи спалювання, які працюють на нафті, природному газі чи пропані. І якщо ви виробляєте власну електроенергію за допомогою сонячних панелей на даху, це може зробити ваше опалення та охолодження майже вуглецево-нейтральними.

Зараз багато повітряних теплових насосів для холодної погоди надійно працюють до -15 градусів за Фаренгейтом, а існують системи водопостачання, які забезпечують опалення, охолодження та гарячу воду для побутових потреб. Державні стимули також можуть значно знизити вартість модернізації теплових насосів завдяки торішньому Закону про зниження інфляції (додаткову інформацію див. у розділі Домашні фінанси, сторінка 44). Ось що вам потрібно знати, щоб перейти на систему HVAC на основі теплового насоса.

Усередині циклу охолодження

Коли система примусової вентиляції, що працює від теплового насоса, працює в режимі змінного струму, тепло від повітря в приміщенні передається до змійовика з холодним холодоагентом у повітрообробнику. Повітродувка виштовхує це холодне повітря, яке рухається по повітроводах і подається через регістри подачі (регістри повернення повертають повітря в приміщенні назад у систему). Цей холодоагент стискається в тепловому насосі, концентруючи тепло так, що воно стає вище зовнішньої температури; потім це тепло переходить до менш гарячого зовнішнього повітря. Взимку вся система реверсує, тому теплий холодоагент нагріває повітря в приміщенні, а потім розширюється, знижуючи його температуру настільки низько, що вона стає холоднішою за зовнішнє повітря; він збирає тепло ззовні, яке стискається і стає теплішим за повітря всередині, і тепло передається в більш прохолодний будинок.

Типи теплових насосів

Теплові насоси визначаються джерелом тепла та середовищем передачі. Ось огляд того, як працюють системи повітряного джерела, а також основи технології наземного джерела

Теплові насоси повітря-повітря

Теплові насоси «повітря-повітря» є найдоступнішим типом, який найпростіше модернізувати в будинку. Хоча вони десятиліттями використовуються в більш м’якому кліматі, нові технології лише за останні п’ять років роблять їх життєздатним варіантом навіть у Сніжному поясі. Сучасні теплові насоси для холодного клімату більше не обмежуються місцевостями, де температура взимку перевищує 40 градусів за Фаренгейтом, і можуть ефективно обігрівати будинок, коли зовнішня температура опускається до −15 градусів за Фаренгейтом. Ось основні компоненти системи теплового насоса повітря-повітря:

Закритий контур холодоагенту (A)

Ця рідина має низьку температуру кипіння, поглинаючи тепло, коли кипить, або випаровується. Холодоагент рухається по замкнутому контуру труб, поглинаючи тепло зсередини будинку (для охолодження) або зовні (для обігріву), викидаючи його в іншу сторону. У режимі змінного струму внутрішній змійовик діє як випарник; в режимі опалення це зовнішній змійовик.

Компресор (B)

Це створює надлишковий тиск холодоагенту, концентруючи поглинене ним тепло та киплячи його в газ. в
у режимі охолодження холодоагент стає гарячішим за зовнішнє повітря, і тепло виділяється назовні. У режимі опалення воно стає гарячішим за повітря всередині та використовується для обігріву будинку.

Зовнішня котушка (C)

Холодоагент проходить через змійовик, над яким обдуває вентилятор. У режимі охолодження гарячий холодоагент під тиском виводить тепло назовні. У режимі опалення тиск у ньому скидається, стає холоднішим, ніж зимова температура на вулиці, і набирає тепло на вулиці.

Розширювальний клапан (D)

Коли холодоагент віддає своє тепло, розширювальний клапан скидає тиск, перетворює його назад у рідку форму та знижує температуру настільки різко, що знову може поглинати тепло — від повітря в приміщенні влітку та зовнішнього повітря в зима.

Реверсивний клапан (E)

Це змінює напрямок потоку холодоагенту, щоб він міг як нагрівати, так і охолоджувати. Уявіть щось схоже на віконний блок змінного струму, встановлений задом наперед, щоб він став обігрівачем.

Внутрішня котушка (F)

Холодоагент проходить через змійовик у повітрообробнику, де вентилятор обдуває повітря з приміщення. У режимі опалення теплий холодоагент нагріває повітря в приміщенні. У режимі охолодження холодний холодоагент поглинає тепло з повітря в приміщенні (а також спричиняє конденсацію вологи з нього).

Системи повітря-вода

У системі «повітря-вода» джерело те саме, але опалення та охолодження здійснюється через воду. Це трохи ефективніше, оскільки вода є кращим середовищем для переміщення тепла, каже Росс Третві, експерт з домашніх технологій TOH. Це також означає, що ви можете модернізувати тепловий насос у будинку з водяною системою опалення. Тепловий насос також може живити гідро-повітряні системи (які використовують теплу або холодну воду замість холодоагенту в повітрообробниках) і непрямі резервуари гарячої води для побутових потреб або водонагрівачі без баків. Влітку тепловий насос за потреби перемикається вперед і назад, щоб забезпечити гарячу воду для побутових потреб і охолодження всього будинку.

«Ти отримуєш три за одного», — каже Росс. «Єдина система забезпечує опалення, охолодження та гарячу воду».

Поширені в Європі теплові насоси повітря-вода все ще є незвичайними, але це зміниться, каже Hydronics інженер Джон Сігенталер, який проектував системи повітря-вода в північній частині штату Нью-Йорк близько 10 років. років. Наразі може бути важко знайти підрядників, знайомих із системами; ви, імовірно, заплатите приблизно від 15 000 до 20 000 доларів США за один, якщо в будинку є сумісне опалення, охолодження, і систем гарячого водопостачання — можливо, 30 000 доларів США, якщо вони потребують модернізації, або для повної системи в новому будинок. Ось основні компоненти системи повітря-вода, які відрізняються від системи теплового насоса повітря-повітря:

Замкнутий водяний контур

Труби з міді, зшитого поліетилену (PEX) або поліетилену, що містять воду, змішану з антифризом у холодному кліматі, несуть тепло в будинок взимку та з дому влітку.

Теплообмінник

Ця частина теплового насоса передає тепло від холодоагенту до холодного холодоагенту до водяного контуру взимку та в інший бік влітку. Стопка пластин з нержавіючої сталі має холодоагент, що рухається в зазорі між двома пластинами, воду між наступними двома тощо. Хоча дві рідини ніколи не змішуються, тепло переходить через метал від гарячого холодоагенту до теплої води взимку (і навпаки влітку). Теплообмінник також діє як конденсатор, охолоджуючи пари холодоагенту назад у рідкий стан.

Буферна ємність

Це підтримує теплу або охолоджену воду напоготові, тому тепловому насосу не потрібно так часто вмикати та вимикати, а системам опалення, вентиляції та кондиціонування повітря ніколи не доведеться чекати теплового насоса. У деяких випадках буферний бак виконує функцію попереднього підігрівача води для побутових потреб із змійовиком, що містить воду для побутових потреб, що проходить через нього; нагріта вода потім проходить через електричний водонагрівач або безбаковий водонагрівач, коли потрібна гаряча вода.

Що щодо геотермальної?

Глибоко під землею земля має постійну температуру від 50 до 60 градусів F цілий рік, забезпечуючи надійне джерело тепла та тепловідвід. Наземні або геотермальні системи користуються цим багатьма способами: Зазвичай замкнутий цикл антифризу та води спускається вниз у на землі на глибині від 100 до 400 футів або більше, або горизонтально на великій території на глибині від 4 до 6 футів під поверхнею, або щонайменше на 8 футів під поверхнею водойми чи озеро. Теплообмінник переміщує тепло між цією теплообмінною рідиною та контуром холодоагенту. Геотермальна система навіть ефективніша, ніж система з джерелом повітря, оскільки немає зовнішнього блоку вентилятора, але є установка дорого — від 13 000 до 36 000 доларів, залежно від системи, умов ділянки та доступної землі — і це може порушити ландшафт значно. Щорічно в США встановлюється близько 50 000 геотермальних систем. Для порівняння, до 2030 року в Сполучених Штатах буде встановлено близько 12 мільйонів повітряних теплових насосів.

Про що слід пам’ятати

Хоча теплові насоси мають багато переваг, є деякі нюанси, які слід враховувати.

Можливо, вам знадобиться резервний план.

Якщо ви збережете свою оригінальну систему опалення, у вас є надлишок у разі проблеми з електричною мережею або самим обладнанням. Крім того, ви можете підстрахувати свої ставки на енергію — якщо тарифи на електроенергію підскочать, ви можете, наприклад, розпалити стару газову піч. Видалення старого масляного бака або радіаторів (і латання дерев’яної підлоги там, де вони були від’єднані) є прикладами додаткових витрат, які можуть виникнути. З іншого боку, якщо ви не зберігаєте своє старе опалювальне обладнання, у вас є лише одна система опалення, вентиляції, вентиляції та кондиціонування, яку потрібно обслуговувати та замінювати після закінчення терміну служби. У такому випадку генератор або батарея цілого будинку, прив’язана до сонячних панелей на даху, може захистити вас у разі відключення світла.

Теплові насоси реагують повільно.

Піч, що працює на природному газі або маслі, швидко нагрівається, забезпечуючи тепло за потреби. Не так з тепловим насосом. Теплові насоси споживають менше енергії частково тому, що вони працюють постійно, на нижчому рівні. Це означає, що час їх розгону повільніший. «Тепловому насосу може знадобитися деякий час, щоб підвищити або знизити температуру в будинку, але вони дуже добре підтримують її», — каже Росс.

Режим розморожування вимагає додаткового джерела тепла.

Коли зовнішня температура сягає близько 32 градусів F і тепловий насос нагрівається протягом тривалого періоду, зовнішня батарея може почати обмерзати. Щоб змійовик не перетворився на суцільну брилу льоду, теплові насоси для холодного клімату переходять у режим розморожування, який тимчасово припиняє обігрів будинку, щоб розтопити лід із змійовика. Цей цикл розморожування може відбуватися кілька разів на годину за великої потреби. Щоб запобігти «феномену холодного обдування», коли система фактично випускає холодне повітря під час розморожування, ваш інсталятор повинен використовувати резервний джерело тепла, як-от електричні канальні нагрівачі, встановлені в системі повітроводів, електричні плінтуса або традиційна піч, що спалює викопне паливо, або котел.

Теплові насоси можуть спричиняти значну вібрацію.

Це може статися в усьому будинку, як через каркас будинку (особливо, якщо, як у багатьох старих будинків, зовнішні стіни мають конструкцію 2×4), так і через труби. Ви можете обмежити цю проблему, встановивши зовнішній блок на землю, а не прикріпивши збоку будинку.

Вам потрібно буде розчистити сніг.

Тепловому насосу потрібен великий потік повітря навколо та через нього, інакше він не зможе працювати. Навіть зі сніговою підставкою, яка піднімає її на фут або більше від землі, вам доведеться вручну прибирати сніг зверху, якщо ви хочете тепла.

Виберіть правильну систему

Ваші поточні налаштування системи опалення, вентиляції та кондиціонування є одним із факторів у виборі системи теплового насоса для вашого будинку.

Найкраще підходить для будинків з повітропроводами

Канальна система теплового насоса може підключатися до існуючої системи повітропроводів — повнорозмірних або високошвидкісних міні-потоків (зворотній реєстр, показаний вище)—постачання опалення та охолодження через існуючу інфраструктуру, з невеликим або без необхідна модернізація. Ці системи надсилають холодоагент до великого центрального пристрою обробки повітря, який подає кондиціоноване повітря через мережу повітроводів.

Найкраще підходить для будинків без каналів

Якщо повітроводів немає, система теплового насоса без повітроводів (так званий міні-спліт) може бути простішою, ефективнішою та дешевшою для встановлення. Ця система перекачує холодоагент до компактних внутрішніх блоків, розміщених в окремих зонах вашого будинку, забезпечуючи зонування кімнати.

Найкраще підходить для багатокімнатних доповнень, готових підвалів і горищ

Короткочасна канальна система подає нагріте та охолоджене повітря через повітроводи, але лише до невеликої частини будинку. Це може бути ідеальним для багатокімнатних доповнень, таких як ADU або апартамент для свекра.

Найкраще за доступністю

У пакетній системі як нагрівальні, так і охолоджувальні змійовики розташовані у зовнішньому блоці з невеликим каналом, який подає нагріте або охолоджене повітря всередину. Це трохи менш ефективно, ніж звичайні спліт-системи (де є зовнішній блок і внутрішній блок), але дешевше, оскільки встановлення менш трудомістке.

Гроші мають значення

Незважаючи на те, що найбільша перевага теплових насосів приноситься в опалювальний сезон, вони справді покращують повітря кондиціонери, а тепловий насос найчастіше встановлюють, коли настає час нового кондиціонера система. Щоразу, коли ви це робите, тепловий насос може окупити вас різними способами.

Скільки коштує тепловий насос?

Теплові насоси «повітря-повітря» зазвичай коштують від 3500 до 7500 доларів США (не враховуючи додавання або зміну повітроводів), але якщо ви Якщо все одно замінити систему кондиціонування повітря, вибір теплового насоса може додати лише від 3 до 10 відсотків (від 250 до 800 доларів США) до загальної суми витрати. Теплові насоси «повітря-вода» коштують приблизно на 30 відсотків дорожче, оскільки ця технологія не настільки добре відома в Сполучених Штатах, і тому ви будете платити більше як за продукти, так і за монтажників. У будь-якому випадку ви можете повернути значну частину своїх інвестицій — за умови, що ви виберете високоефективну систему — за допомогою різноманітних стимулів. Ви можете взяти 30 відсотків від загальної вартості, до 2000 доларів, як податковий кредит. А Закон про зниження інфляції передбачає державну знижку до 1750 доларів США на водонагрівачі з тепловим насосом і до 8000 доларів США на тепловий насос. опалення та охолодження приміщень для домогосподарств, які заробляють менше 80 відсотків середнього доходу штату (додаткову інформацію про ці програми див. на сторінці 44). Є ймовірні також місцеві стимули: подивіться на національну базу даних державних стимулів для відновлюваних джерел енергії та ефективності на dsireusa.org, щоб отримати державні та комунальні знижки.

Скільки можна заощадити на оплаті комунальних послуг?

Повітряні теплові насоси в три-п’ять разів ефективніші, ніж печі, що працюють на природному газі (щодо охолодження вони пропонують такі ж варіанти ефективності, як і нові звичайні кондиціонери). Отже, якщо ви не живете в штаті з дуже високими тарифами на електроенергію (дивлячись на вас, Нова Англія) або дуже низькими тарифами на природний газ (привіт, Айдахо та Юта), ви побачите значні заощадження на своїх рахунках за опалення. Звичайно, живлення вашої системи сонячною енергією на даху може повністю позбавити вас витрат на опалення та охолодження, і якщо ваш існуюча система опалення використовує електрику, пропан або масло, тепловий насос скоротить ваші витрати на опалення незалежно від вашої електричної ставки.

Скільки прослужить тепловий насос?

Подібно до нової центральної системи кондиціонування, очікуваний термін служби теплових насосів із джерелом повітря становить від 10 до 15 років (трохи менше, якщо ви відразу на узбережжі, оскільки солоне повітря може спричинити корозію деталей) — і ви можете розраховувати на 10-12-річну гарантію на частини; гарантія на роботу зазвичай закінчується приблизно через 3 роки. Ви можете продовжити термін служби вашої системи, регулярно обслуговуючи її, і деякі компанії включають безкоштовну роботу з ремонту в контракт на обслуговування.

Рекомендована технологія

Як і в будь-якій складній побутовій системі, ви матимете багато шансів витратити більше на додаткові функції, від керування системою зі смартфона до фільтрації на рівні HEPA. Ось найважливіші технічні оновлення, на думку Річарда та Росса Третві.

Компресор із змінною швидкістю або інверторним приводом

Працюючи лише на швидкості, необхідній для умов, вони зменшують споживання енергії, а отже, запобігають
покращується система від частого циклічного вмикання та вимикання, що допомагає підтримувати постійну температуру
осушення протягом сезону охолодження та покращує якість повітря в приміщенні завдяки наявності повітряного фільтра
зайняті протягом більш тривалого часу. Гарна ідея в будь-якому кліматі, інвертор найбільш потрібний у регіонах, які
відчувати значні коливання температури між сезонами, як з морозною зимою, так і з спекотним літом. Системи зі змінною швидкістю також запускаються та зупиняються поступово, що забезпечує тихішу роботу.

Покращене впорскування парів

Це технологія, яка дозволяє тепловим насосам для холодного клімату отримувати тепло від навколишньої зовнішньої температури -15 градусів F або нижче. Це високотехнологічний пристрій, який пропускає частину холодоагенту через теплообмінник перед змішуванням у компресорі.

Двопаливна, або гібридна, система

Замість того, щоб використовувати електричні нагрівачі опору, щоб запобігти явищу холодного обдуву, коли зовнішня температура коливається біля нуля, у цих системах використовується більш ефективна газова піч. «Ви також можете просто залишити свою стару піч — або, можливо, свій котел — і налаштувати дві незалежні системи як двопаливну систему з єдиним набором елементів керування, які ними керують», — говорить Росс.

Високоефективна система

Ефективність теплового насоса визначається діленням Btus тепла, яке він переміщує, на електроенергію, яку він використовує. Це виробляє Коефіцієнт сезонної енергоефективності (SEER) для охолодження та сезонний коефіцієнт ефективності опалення (HSPF) для опалення. Новинка 2023 року: мінімальний допустимий рейтинг SEER становить 15 на півдні та 14 на півночі, але ви можете отримати системи з рейтингом SEER 33. Діапазон для HSPF становить від 8,8 до 14. Ви заплатите більше за високоефективне обладнання, але ці інвестиції окупляться кілька разів протягом терміну служби системи. Це також може зробити ваш проект придатним для отримання більших стимулів, а завдяки сонячним батареям на даху ви навіть зможете повністю задовольнити потреби вашого будинку в електроенергії.

Розгляньте прилади з тепловим насосом

Не змінюєте свою систему опалення, вентиляції та кондиціонування? Ви можете скористатися технологією теплового насоса — і знижками — іншими способами.

Сушарки для білизни з тепловим насосом

Вбудований тепловий насос повітря-повітря в нижній частині відбирає тепло з повітря в кімнаті, концентрує його та використовує для зігрівання повітря, що обдуває вологий одяг. Потім це повітря проходить через другий змійовик, що містить охолоджений холодоагент, який спричиняє конденсацію вологи; отримана волога перекачується в дренаж. Немає вентиляційного отвору назовні. Ці сушарки переробляють все вироблене тепло, в результаті чого споживається мінімум на 28 відсотків енергії. Просто майте на увазі, що вони працюють повільніше — у деяких випадках завантаження може тривати вдвічі довше — і вони потребують частішого видалення ворсу, оскільки він увесь залишається в машині. Вони коштують приблизно вдвічі дорожче звичайних сушарок.

Теплонасосні водонагрівачі

Доступні як побутові водонагрівачі на вимогу, так і резервуарного типу (останній показаний ліворуч), вони містять тепловий насос повітря-вода, який забирає тепло з навколишнього повітря, яке зазвичай нагрівається сусідньою піччю або іншими механізмами в комунальному приміщенні, концентрує його та передає у воду. Ці обігрівачі споживають на 60 відсотків менше енергії, ніж звичайні обігрівачі, але коштують приблизно втричі дорожче. Існують певні обмеження щодо того, куди вони можуть піти: їм потрібно щонайменше 1000 кубічних футів простору навколо них, і температура навколишнього повітря повинна залишатися в межах від 40 до 90 градусів F, щоб тепловий насос працювати. Це ідеально підходить для підсобного приміщення в підвалі, і якщо піч та інше обладнання зберігають тепло, то водонагрівач стає ще ефективнішим.

Рекомендації щодо встановлення

Найміть досвідченого професіонала

Як і у випадку з будь-яким наймом для ремонту будинку, отримайте рекомендації та перевірте рекомендації, перш ніж найняти монтажника. Будь-який підрядник із систем опалення, вентиляції та кондиціонування повітря може встановити тепловий насос, але вам потрібен хтось із багаторічним досвідом роботи з типом теплового насоса, який ви встановлюєте — повітря-вода ще не поширений на ринку, наприклад, і конкретний бренд також, оскільки специфікації та особливо елементи керування значно відрізняються між продуктів. Перевірте на веб-сайтах виробників сертифікованих установників у вашому регіоні. Крім того, близько 80 000 інсталяторів по всій країні використовують measureQuick, мережу автоматизованих датчиків, які перевіряють вашу систему відразу після встановлення, вимірювання температури та швидкості потоку повітря та холодоагенту, для приклад. Перевага: ви отримуєте діагностичний звіт у режимі реального часу, який підтверджує, що систему було розроблено та встановлено належним чином.

Спочатку покращте ізоляцію та закрийте місця витоку повітря

Утеплення горища та підвіконня над фундаментом, герметизація дверей та вікон і навіть продування Ізоляція стін є гарною ідеєю перед будь-яким оновленням систем опалення, вентиляції та кондиціонування, оскільки це буквально зменшить розмір обладнання, яке ви потреба. З тепловим насосом це навіть важливіше. «Спалювання нафти та природного газу дуже швидко дає багато тепла», — каже Росс. «Теплові насоси працюють повільно та методично, тому якщо у вас великі протяги або ваш будинок не зберігає тепло, системі може бути важко підтримувати ваш комфорт». Крім того, у холодному кліматі навантаження на опалення набагато більше, ніж на охолодження навантажень. «Різниця між температурою в приміщенні та на вулиці в спекотний день може становити 20 або 30 градусів», — каже Росс. «У холодний день температура може бути 60 градусів і більше». Таким чином, тепловий насос, який забезпечує достатньо тепла, може бути трохи загабаритним для потреб охолодження; покращення зовнішньої оболонки будинку зменшує цю різницю, дозволяючи правильно розраховувати систему як для опалення, так і для охолодження.

Огляньте та відремонтуйте повітроводи та будь-яке обладнання, яке ви зберігаєте

Можливо, старі повітроводи не були герметизовані чи ізольовані відповідно до сучасних стандартів, або ізоляція погіршилася, а повітропроводи заіржавіли або розділилися на швах. Ваш підрядник повинен перевірити та відремонтувати повітропроводи перед модернізацією системи. Недоступні прогони можна запотіти гумовим герметиком зсередини. Зберігаєш свій котел чи піч? Здати його на технічне обслуговування та поміняти фільтри.

Виконайте розрахунок тепловтрат

У сніжному поясі важливий розрахунок тепла. Але якщо зима там, де ви живете, означає довгі рукави, а не парки, ваш підрядник замість цього підбере розмір системи відповідно до ваших потреб у охолодженні. Занадто малий тепловий насос не нагріє будинок достатньо, а надто великий буде так часто вмикатись і вимикатися, що не зможе належним чином осушити простір і матиме коротший термін служби.