Kāpēc gaisa avota siltumsūknis aukstā laikā zaudē efektivitāti?

Gaisa avota siltumsūkņa COP aukstā laikā parasti krītas tāpēc, ka aukstumaģenta kontūram, āra gaisam kļūstot aukstākam, jāpaceļ siltums par lielāku temperatūras starpību. Vienlaikus bloka pieejamā apkures jauda var samazināties, bet ēkas siltuma pieprasījums pieaug. Tāpēc praktiskais jautājums nav par to, vai izstrādājumam uzrakstīts “8 kW”, bet par to, cik daudz siltuma tieši šis bloks var nodot pie vietējās aprēķina āra temperatūras un pie padeves ūdens temperatūras, kādu apkures sistēma patiesībā prasa.

Īsā atbilde

Aukstums vienlaikus maina vairākus lielumus. Apkures jauda ir lietderīgais siltums, ko bloks var nodot; elektriskā ieejas jauda ir tā patērētā elektroenerģija; COP ir lietderīgais siltums, dalīts ar elektrisko ieejas jaudu vienā darba punktā; sezonas efektivitāte vidēji raksturo veiktspēju plašākā apstākļu diapazonā. Šie lielumi ir saistīti, bet nav savstarpēji aizvietojami.

Siltumsūknis var palikt piemērots aukstam klimatam arī tad, ja tā COP un jauda samazinās. Piemērotība ir atkarīga no tā, vai tā jaudas līkne joprojām sasniedz ēkas augošo siltuma slodzes līkni pie nepieciešamās ūdens temperatūras, kā atkausēšana ietekmē darbību un kāda kontrolēta papildu apkure ir pieejama zem līdzsvara jeb bivalentā punkta.

Satura rādītājs

• Kāpēc aukstāks āra gaiss maina veiktspēju
• Apkures jauda, ieejas jauda un COP
• Kāpēc svarīga padeves ūdens temperatūra
• Divi ražotāju jaudas tabulu piemēri
• Ēkas siltuma pieprasījums un līdzsvara punkts
• Atkausēšana un papildu apkure
• Kā pirms pirkšanas lasīt jaudas tabulu
• Praktiskas pārbaudes, biežāk uzdotie jautājumi un nākamais solis

Kā gaisa avota siltumsūknis darbojas aukstumā

Gaisa avota siltumsūknis neražo siltumu no elektrības tā, kā to dara pretestības sildītājs. Tas pārnes siltumu no āra gaisa uz māju, izmantojot dzesēšanas ciklu. Āra spole uzņem siltumu, kompresors paaugstina aukstumaģenta spiedienu un temperatūru, bet iekšējais siltummainis atdod šo siltumu apkures sistēmai.

Kad āra gaiss ir aukstāks, tajā joprojām ir izmantojams siltums, taču mazāk. Siltumsūknis var turpināt darboties, bet tam jāstrādā pret nelabvēlīgāku temperatūras starpību. Tāpēc siltumsūkņa veiktspēja ziemā tik ļoti atkarīga no āra klimata, nepieciešamās padeves temperatūras un sildķermeņu konstrukcijas.

Kāpēc aukstāks āra gaiss maina siltumsūkņa veiktspēju

Aukstumaģenta iztvaikošanas temperatūrai jābūt zemākai par āra gaisa temperatūru, lai siltums varētu nonākt āra spolē. Jo gaiss kļūst aukstāks, jo kompresoram aukstumaģents jāpaceļ no zemākas avota temperatūras līdz temperatūrai, kāda vajadzīga iekšējam ūdens kontūram. Šāda lielāka temperatūras starpība parasti palielina kompresora darbu un samazina COP.

Veiktspēja aukstumā nav tikai efektivitātes jautājums. Bloks var patērēt vairāk elektroenerģijas, bet nodot mazāk maksimālā siltuma nekā maigā laikā. Elektroenerģijas patēriņš var pieaugt arī tad, ja COP paliek virs 1, jo ēkai vajag vairāk siltuma, kompresors darbojas ilgāk un var ieslēgties papildu apkure.

Apkures jauda, elektriskā ieejas jauda un COP nav viens un tas pats

Apkures jauda (HC) ir lietderīgā siltuma izeja kilovatos. Ieejas jauda (PI) ir elektriskais pieprasījums kilovatos tajā pašā norādītajā darba punktā. COP ir attiecība HC ÷ PI. COP 2,0 nozīmē, ka uz 1 kW elektriskās ieejas jaudas tiek nodoti 2 kW siltuma tieši šajā testa punktā; tas neapraksta visu sezonu.

Sezonas efektivitāte ņem vērā mainīgās temperatūras, daļējas slodzes darbību un citus sezonas efektus pēc noteiktas metodes. Tā ir noderīga plašam salīdzinājumam, taču ne atsevišķs COP, ne sezonas marķējums neaizstāj konkrētajam modelim paredzēto jaudas pārbaudi, kas nepieciešama projektēšanā.

Kāpēc svarīga padeves ūdens temperatūra

Siltumsūknim jānodrošina ūdens temperatūra, kādu prasa sildķermeņi. Zemas temperatūras grīdas apkure var nodrošināt komfortu ar daudz vēsāku ūdeni nekā radiatoru sistēma, kas projektēta augstai katla temperatūrai. Karstāka ūdens prasība palielina aukstumaģenta temperatūras starpību un parasti samazina gan pieejamo efektivitāti, gan, atkarībā no bloka, lietderīgo jaudu.

Tāpēc vien āra temperatūra nav pilnīgs testa nosacījums. Jaudas tabulas apzīmējums, piemēram, A-7/W35, vai ražotāja noteikta rinda un kolonna apvieno āra gaisa nosacījumu ar padeves ūdens nosacījumu. Konkrētā dokumenta definīcijas jāievēro precīzi.

Ko patiesībā rāda ražotāju jaudas tabulas

Nominālā modeļa klase nav solījums par nemainīgu jaudu. Tālāk ir divi ražotāju piemēri pie aptuveni 35 °C padeves ūdens temperatūras. Tie ilustrē inženiertehnisko principu, bet nav tiešs veiktspējas salīdzinājums, jo āra temperatūras definīcijas un tabulu pieraksta veids nav vienādi.

Daikin ERGA08DV: integrētā, 100 % slodze

Iesniegtajā Daikin ERGA08DV tabulā Ta definēta kā apkārtējā gaisa mitrā termometra temperatūra. HC aprakstīta kā apkures jauda pie maksimālās darba frekvences, mērīta saskaņā ar EN 14511. Tabulā ir norādītas HC un PI; tālāk redzamā pēdējā kolonna aprēķināta kā HC ÷ PI, un tā nav COP vērtība, kas avotā būtu norādīta tieši.

NØRDIS OPTIMUS PRO Split HOP8WODU: maksimālā darbība

Iesniegtajā NØRDIS inženiertehniskajā tabulā āra temperatūra definēta kā sausā termometra temperatūra, un HC, PI un COP ir norādīti tieši maksimālajai, normālajai un minimālajai darbībai. Tālāk redzamās vērtības attiecas uz maksimālo darbību un 35 °C padeves ūdens kolonnu.

Divi ražotāju piemēri — nevis tiešs veiktspējas salīdzinājums

Daikin rindās izmantota apkārtējā gaisa mitrā termometra temperatūra, bet NØRDIS rindās — āra sausā termometra temperatūra. Arī darba datus dokumenti sniedz atšķirīgi. Tāpēc šos skaitļus nedrīkst izmantot, lai sarindotu ražotājus vai apgalvotu, ka kāds zīmols aukstā laikā ir labāks. To kopīgā mācība ir šaurāka: jauda un efektivitāte ir atkarīga no precīza modeļa, āra apstākļiem, darba līmeņa un padeves ūdens temperatūras.

Kas ir normāli un kas var liecināt par problēmu

Zināms ziemas kritums ir normāls. Siltumsūknis var darboties arī salā, taču jauda un efektivitāte parasti samazinās, kad āra apstākļi kļūst aukstāki. Tas vien nenozīmē, ka ir bojājums.

Pazīmes, kas pelna rūpīgāku pārbaudi: bieža rezerves sildītāja izmantošana, pastāvīga apsarmošana, slikta gaisa plūsma ap āra bloku, neparasti trokšņaina darbība vai māja, kas nekad nesasniedz mērķa temperatūru, ja vien padeves temperatūra netiek ievērojami paaugstināta.

Kā atkausēšanas cikli ietekmē efektivitāti

Kad āra mitrums ir augsts un spole ir auksta, uz āra bloka var veidoties sarma. Atkausēšanas cikls īslaicīgi apgriež darbību pretējā virzienā, lai to novērstu. Šajā laikā siltuma nodošana mājai samazinās un enerģijas patēriņš pieaug, tāpēc sezonas efektivitāte krītas.

Gaisa avota sistēmām tā ir normāla uzvedība aukstā laikā. Ietekme atšķiras atkarībā no laikapstākļu ritma, spoles konstrukcijas, vadības stratēģijas un āra bloka novietojuma. Daži ražotāji uzsver gudrāku atkausēšanas pārvaldību, jo nevajadzīgu vai ilgu atkausēšanas ciklu samazināšana palīdz saglabāt ziemas veiktspēju.

Ja atkausēšana šķiet pārāk bieža, pārbaudiet, vai āra spolei ir brīva gaisa plūsma, vai bloku nenosprosto lapas vai sniegs un vai sistēma neatrodas mitrā, salnā mikroklimatā. Ja uzvedība turpinās, var būt nepieciešama profesionāla diagnostika.

Ēkas siltuma pieprasījums un siltumsūkņa jauda

Krītoties āra temperatūrai, ēka parasti zaudē siltumu ātrāk, tāpēc tās nepieciešamā apkures jauda pieaug. Vienlaikus siltumsūkņa pieejamā jauda var samazināties. Punktu, kurā ēkas slodzes līkne krustojas ar siltumsūkņa jaudas līkni, bieži sauc par līdzsvara punktu vai bivalentās sistēmās — par bivalento punktu.

Zem šī punkta siltumsūknis var turpināt darboties efektīvi un dot ievērojamu siltuma daļu, bet tas var vairs nesegt visu ēkas slodzi pats. Tad projekts nosaka, vai iztrūkumu nosedz elektriskais sildelements, katls vai cits kontrolēts siltuma avots. Universāli pareizas līdzsvara temperatūras nav: tā ir atkarīga no ēkas, klimata, sildķermeņu temperatūras, tarifu pieņēmumiem un izvēlētā bloka.

Kā pirms pirkšanas lasīt siltumsūkņa jaudas tabulu

1. Iegūstiet pamatotu ēkas projektējamās siltuma slodzes aprēķinu.
2. Noskaidrojiet attiecīgo vietējo aprēķina āra temperatūru.
3. Noteiciet padeves ūdens temperatūru, kādu sildķermeņiem vajag šajā nosacījumā.
4. Atrodiet precīza modeļa apkures jaudu pie tā paša vai tam tuva āra un ūdens temperatūras nosacījuma.
5. Pārbaudiet ieejas jaudu un COP tajā pašā punktā, ja ražotājs tos sniedz.
6. Izlasiet ražotāja definīcijas: sausais pret mitro termometru, maksimālā pret nominālo vai integrēto darbību un jebkuru standartu vai piezīmi.
7. Ņemiet vērā atkausēšanu, uzstādīšanas apstākļus un vadības uzvedību, neizdomājot universālu korekciju.
8. Izlemiet, kas nosedz iztrūkumu zem līdzsvara punkta un kā tiek vadīta papildu apkure.

“8 kW siltumsūknis” var nenodrošināt 8 kW pie -7 °C, -15 °C vai -20 °C, īpaši, ja apkures sistēmai sildķermeņos vajag arī karstu ūdeni. Noderīgais jautājums pirms pirkšanas ir: cik lielu apkures jaudu šis konkrētais bloks var nodrošināt pie manas aprēķina āra temperatūras un nepieciešamās padeves ūdens temperatūras?

Kad aktuāla kļūst papildu apkure

Papildu apkure ir aktuāla, ja siltumsūkņa jauda ir zemāka par ēkas slodzi, noteiktos darba vai atjaunošanās apstākļos vai ja sistēmas stratēģija apzināti izmanto otru siltuma avotu. Tās esamība automātiski nepierāda sliktu siltumsūkņa projektu. Svarīgi, vai atlasē ir ņemts vērā paredzamais darba punkts, vadības secība, elektroenerģijas pieprasījums un gada devums.

Kā samazināt efektivitātes zudumus aukstā laikā

• Uzturiet padeves temperatūru tik zemu, cik māja var ērti panest.
• Izmantojiet pareizi izvēlētus sildķermeņus, īpaši, ja mājā ir radiatori.
• Uzlabojiet siltumizolāciju un, ja iespējams, samaziniet siltuma zudumus.
• Pārliecinieties, ka āra blokam ir brīva gaisa plūsma un to nenosprosto netīrumi vai sniegs.
• Pārbaudiet, vai vadība, sensori un atkausēšanas darbība ir iestatīti pareizi.
• Izvērtējiet, vai sistēma izvēlēta pēc ēkas faktiskajiem siltuma zudumiem.
• Apkopiet bloku, lai spoles un siltummaiņi paliktu tīri un gaisa plūsma nepasliktinātos.

Ja vēlaties uzlabot siltumsūkņa efektivitāti, pirmajam jautājumam parasti jābūt: vai māja var apsildīties pieņemami pie zemākas padeves temperatūras. Šī vienīgā izmaiņa bieži ir svarīgāka par nelielām izmaiņām pašā siltumsūknī.

Praktisks piemērs no dzīves

Divām mājām var būt vienāds siltumsūknis un ļoti atšķirīgi ziemas rezultāti. Labi izolēta māja ar lieliem radiatoriem var komfortabli darboties pie zemākas ūdens temperatūras, tāpēc siltumsūknim saglabājas labāks COP arī tad, kad laiks kļūst auksts. Citai mājai ar lielākiem siltuma zudumiem un nepietiekamiem sildķermeņiem var vajadzēt daudz karstāku ūdeni, kas samazina efektivitāti un var likt blokam šķist, ka tas “pūlas”, lai gan pamatcēlonis ir sistēmas projekts.

Tāpēc ziemas problēmu novēršana jāsāk ar ēku un apkures kontūru, nevis tikai ar āra bloku.

Biežākā mājokļa īpašnieku kļūda

Biežākā kļūda ir salīdzināt reālo ziemas veiktspēju ar bukleta COP skaitļiem un pieņemt, ka jebkurš iztrūkums nozīmē bojātu siltumsūkni. Šīs laboratorijas vērtības mērītas noteiktos testa apstākļos. Jūsu mājai var būt vajadzīga cita padeves temperatūra, to var skart citi laikapstākļi un tā var zaudēt vairāk siltuma, nekā pieņem testa iekārta.

Vēl viena kļūda ir vainot āra bloku, pirms pārbaudīts radiatoru izmērs, izolācija, brīvā vieta gaisa plūsmai un vadības iestatījumi.

HavenPoint eksperta padoms

Ja siltumsūknis ziemā šķiet neefektīvs, uzdodiet vienu vienkāršu jautājumu: vai māja var palikt silta pie zemākas padeves temperatūras? Ja atbilde ir nē, pirmais risinājums bieži nav jauns siltumsūknis, bet labāks sildķermeņu izmērs, labāka siltuma zudumu samazināšana vai vadības korekcija, kas ļauj sistēmai strādāt efektīvāk.

Ko jāaptver labai diagnostikas pārbaudei

• Āra temperatūra un nesenais laikapstākļu ritms
• Cik bieži notiek atkausēšana
• Iestatītā padeves temperatūra un vai tā ir augstāka nekā nepieciešams
• Radiatoru vai grīdas apkures piemērotība
• Komforts telpās pie parastajiem darba iestatījumiem
• Brīvā vieta ap āra bloku un spoles stāvoklis
• Vai rezerves apkure tiek izmantota vairāk, nekā gaidīts

Ja nepieciešama dziļāka diagnostika, salīdziniet sistēmas uzvedību vairākās aukstās dienās, nevis vērtējiet pēc viena salnas rīta. Veiktspēja mainās līdz ar mitrumu, vēju un slodzi, tāpēc viens momentuzņēmums var maldināt.

Biežāk uzdotie jautājumi

Vai gaisa avota siltumsūkņi darbojas arī salā?

Jā. Tie var darboties arī sala apstākļos, taču efektivitāte un jauda parasti samazinās, krītoties āra temperatūrai. Precīzas zemas temperatūras iespējas ir atkarīgas no modeļa.

Kāpēc siltumsūkņi zaudē efektivitāti, kad kļūst aukstāks?

Tāpēc, ka kompresoram siltums jāpārnes no aukstāka gaisa uz siltāku apkures sistēmu. Jo lielāka temperatūras starpība, jo vairāk darba kompresoram jāveic uz katru nodoto siltuma vienību.

Kas ir siltumsūkņa atkausēšanas cikls?

Tas ir īss darba režīms, ko izmanto, lai noņemtu sarmu no āra spoles. Aukstā, mitrā laikā tas ir normāli, taču tas īslaicīgi samazina nodoto siltumu un palielina enerģijas patēriņu.

Kā ziemā uzlabot siltumsūkņa efektivitāti?

Pēc iespējas pazeminiet padeves temperatūru, uzlabojiet siltumizolāciju, izmantojiet piemērotus sildķermeņus, uzturiet āra bloku brīvu un pārliecinieties, ka sistēma ir pareizi izvēlēta un apkopta.

Vai EPREL efektivitātes rādītāji ir tādi paši kā mājas veiktspēja?

Nē. Tie ir noderīgi salīdzināšanai, taču faktiskā veiktspēja ir atkarīga no mājas, klimata, sildķermeņiem un vadības iestatījumiem.

Secinājums

Gaisa avota siltumsūkņa COP aukstā laikā krītas normālu termodinamikas iemeslu dēļ, un zināms kritums ir gaidāms. Lielākā praktiskā ietekme ir padeves temperatūrai, sildķermeņu izmēram, siltumizolācijai, izvēlētajai jaudai, atkausēšanas darbībai un uzstādīšanas kvalitātei. Ja ziemas veiktspēja šķiet slikta, sāciet ar apkures sistēmas un ēkas pārbaudi, nevis tikai ar pašu siltumsūkni.

Ja salīdzināt siltumsūkņu variantus aukstākam klimatam vai vēlaties noskaidrot, vai jūsu pašreizējā sistēma darbojas normāli, sazinieties ar HavenPoint, lai saņemtu praktisku padomu, kas balstīts uz jūsu māju un apkures risinājumu.

Atsauces

• European Commission — A Consumer’s Guide to Energy-Efficient Space Heaters (PDF)
• Fraunhofer ISI — German Sustainable Heating Solutions (PDF)