Системы тепловых насосов | Министерство энергетики

Тепловые насосы представляют собой энергоэффективную альтернативу печам и кондиционерам для всех климатических условий. Как и ваш холодильник, тепловые насосы используют электричество для передачи тепла из холодного помещения в теплое, делая прохладное помещение более прохладным, а теплое — теплее. Во время отопительного сезона тепловые насосы переносят тепло из прохладной улицы в ваш теплый дом. В сезон охлаждения тепловые насосы переносят тепло из вашего дома на улицу. Поскольку они передают тепло, а не производят тепло, тепловые насосы могут эффективно обеспечивать комфортную температуру для вашего дома.

Канальные воздушные тепловые насосы

Существует три основных типа тепловых насосов, соединенных воздуховодами: воздух-воздух, источник воды и геотермальные. Они собирают тепло из воздуха, воды или земли за пределами вашего дома и концентрируют его для использования внутри.

Наиболее распространенным типом теплового насоса является воздушный тепловой насос, который передает тепло между вашим домом и наружным воздухом. Современный тепловой насос может снизить потребление электроэнергии для отопления примерно на 50% по сравнению с электрическим нагревом сопротивления, таким как печи и плинтусные обогреватели. Кроме того, высокоэффективные тепловые насосы осушают воздух лучше, чем стандартные центральные кондиционеры, что приводит к меньшему потреблению энергии и более комфортному охлаждению в летние месяцы. Воздушные тепловые насосы использовались в течение многих лет почти во всех частях Соединенных Штатов, но до недавнего времени они не использовались в районах, где длительные периоды отрицательных температур. Однако в последние годы технология теплового насоса с воздушным источником продвинулась настолько, что теперь она предлагает законную альтернативу отоплению помещений в более холодных регионах.

Бесканальные воздушные тепловые насосы

Для домов без воздуховодов воздушные тепловые насосы также доступны в версии без воздуховодов, называемой мини-сплит-тепловым насосом. Кроме того, специальный тип воздушного теплового насоса, называемый «чиллер с обратным циклом», генерирует горячую и холодную воду, а не воздух, что позволяет использовать его в системах лучистого обогрева пола в режиме обогрева.

Геотермальные тепловые насосы

Геотермальные (наземные или водные) тепловые насосы достигают более высокой эффективности за счет передачи тепла между вашим домом и землей или ближайшим источником воды. Несмотря на то, что установка геотермальных тепловых насосов стоит дороже, они имеют низкие эксплуатационные расходы, поскольку они используют преимущества относительно постоянной температуры грунта или воды. Геотермальные (или геотермальные) тепловые насосы имеют ряд существенных преимуществ. Они могут снизить потребление энергии на 30-60%, контролировать влажность, прочны и надежны и подходят для самых разных домов. Подойдет ли вам геотермальный тепловой насос, будет зависеть от размера вашего участка, грунта и ландшафта. Геотермальные или водяные тепловые насосы могут использоваться в более суровых климатических условиях, чем воздушные тепловые насосы, и клиенты очень довольны этими системами.

Абсорбционные тепловые насосы

Относительно новым типом теплового насоса для жилых систем является абсорбционный тепловой насос (АТН), также называемый газовым тепловым насосом. Абсорбционные тепловые насосы используют тепло или тепловую энергию в качестве источника энергии и могут приводиться в действие с помощью самых разных источников тепла, таких как сжигание природного газа, пар, нагретая вода, воздух или вода, нагретая геотермальной энергией, и поэтому отличаются от компрессионных. тепловые насосы, приводимые в действие механической энергией. AHP более сложны и требуют более крупных агрегатов по сравнению с компрессионными тепловыми насосами. Меньшее потребление электроэнергии такими тепловыми насосами связано только с перекачкой жидкости.

Дополнительные функции, которые следует искать в тепловом насосе

Ряд инноваций повышает производительность тепловых насосов.

В отличие от стандартных компрессоров, которые могут работать только на полную мощность, двухскоростные компрессоры позволяют тепловым насосам работать близко к мощности нагрева или охлаждения, необходимой при любой конкретной температуре наружного воздуха, экономя энергию за счет сокращения операций включения/выключения и износа компрессора. Двухскоростные тепловые насосы также хорошо работают с системами зонального контроля. В системах зонального контроля, часто встречающихся в больших домах, используются автоматические заслонки, позволяющие тепловому насосу поддерживать разные температуры в разных комнатах.

Некоторые модели тепловых насосов оснащены двигатели с регулируемой скоростью или двухскоростные на своих внутренних вентиляторах (воздуходувках), наружных вентиляторах или на обоих. Регулятор скорости вращения этих вентиляторов поддерживает комфортную скорость движения воздуха, сводя к минимуму холодные сквозняки и максимально экономя электроэнергию. Это также сводит к минимуму шум от вентилятора, работающего на полной скорости.

Некоторые высокоэффективные тепловые насосы оснащены пароохладитель, который восстанавливает отработанное тепло из режима охлаждения теплового насоса и использует его для нагрева воды. Тепловой насос с пароохладителем может нагревать воду в 2-3 раза эффективнее, чем обычный электрический водонагреватель.

Еще одним достижением в области тепловых насосов является спиральный компрессор, который состоит из двух спиралевидных завитков. Один остается неподвижным, а другой вращается вокруг него, сжимая хладагент, нагнетая его во все более мелкие области. По сравнению с типичными поршневыми компрессорами спиральные компрессоры имеют более длительный срок службы и работают тише. По некоторым данным, тепловые насосы со спиральными компрессорами обеспечивают на 10–15 °F (5.6–8.3 °C) более теплый воздух в режиме обогрева по сравнению с существующими тепловыми насосами с поршневыми компрессорами.

Хотя большинство тепловых насосов используют электрические нагреватели сопротивления в качестве резерва в холодную погоду, тепловые насосы также могут быть оснащены в сочетании с газовой печью, иногда называемой двухтопливной или гибридной системой, в дополнение к тепловому насосу. Это помогает решить проблему менее эффективной работы теплового насоса при низких температурах и сократить потребление электроэнергии. Есть несколько производителей тепловых насосов, которые объединяют оба типа тепла в одном блоке, поэтому эти конфигурации часто представляют собой две меньшие, расположенные бок о бок, стандартные системы, использующие один и тот же воздуховод.

По сравнению с печью, работающей на топливе, или стандартным тепловым насосом, этот тип системы также может быть более экономичным. Фактическая экономия энергии зависит от относительной стоимости топлива для сжигания по отношению к электроэнергии.

7 типов домашних систем отопления и как их выбрать

Боб Формисано — лицензированный архитектор и строитель с почти 40-летним опытом строительства новых домов и восстановления старых домов. Одной из его специальностей является ремонт старых систем, построенных еще в 1920-х годах, включая оцинкованные водопроводные трубы, проводку с ручкой и трубкой и многое другое. Его статьи о ремонте дома для The Spruce написаны более 10 лет назад.

Ларри Кэмпбелл (Larry Campbell) — подрядчик-электрик с 36-летним опытом работы в области электропроводки в жилых и коммерческих помещениях. Он работал техником-электронщиком, а затем инженером в IBM Corp., является членом Наблюдательного совета Spruce Home Improvement Review Board.

Домашние системы отопления предназначены для повышения температуры внутри дома путем извлечения тепловой энергии из источника топлива и последующей передачи ее в жилые помещения. Существует несколько типов систем, используемых для обогрева жилых домов, и каждый из них имеет более специфические варианты. Некоторые системы HVAC имеют общие компоненты с домашним холодильным оборудованием, некоторые работают независимо, а некоторые обеспечивают как обогрев, так и охлаждение.

Что такое HVAC?

HVAC — это сокращение от «отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха». Этот термин используется для описания всей системы климат-контроля в доме, относящейся как к нагревательному, так и к охлаждающему оборудованию.

Независимо от того, какая система HVAC установлена, целью всех отопительных приборов является использование какого-либо вида топлива для обогрева внутренних помещений дома. Системы отопления могут использовать различные источники топлива, включая природный газ, пропан, мазут, биотопливо (например, древесину), солнечную энергию и электричество. Некоторые дома имеют более одной системы отопления: например, некоторые пристройки или готовые подвалы отапливаются другими системами, чем остальная часть дома.

Здесь вы узнаете о семи различных типах систем отопления, а также о плюсах и минусах каждой из них, чтобы решить, какой вариант лучше всего подходит для вашего дома.

Системы воздушного отопления/охлаждения

• Лучше всего подходит для: Многоцелевой HVAC, который быстро нагревает и охлаждает

Безусловно, наиболее распространенная система HVAC в современных домах в Северной Америке, система принудительной вентиляции использует печь с нагнетательным вентилятором, который доставляет нагретый воздух в различные комнаты дома через сеть воздуховодов. Системы принудительной вентиляции очень быстро регулируют температуру в помещении, а поскольку системы кондиционирования воздуха могут использовать один и тот же вентилятор и воздуховод, это эффективная система ОВКВ в целом.

Установка новой системы HVAC с принудительной подачей воздуха обычно стоит от 5,000 до 10,000 25 долларов. Это зависит от площади вашего дома, а для больших домов потребуются более прочные блоки, что может увеличить затраты. Эти системы могут прослужить до XNUMX лет, прежде чем потребуется замена блоков.

Источники топлива: Печи, питающие системы с принудительной подачей воздуха, могут работать на природном газе, жидком пропане (LP), мазуте или электричестве.

Распространение: Воздух, нагретый горелкой печи или нагревательным элементом, распределяется по сети воздуховодов к отопительным регистрам в отдельных помещениях. Другая система воздуховодов возвращает воздух обратно в печь через возврат холодного воздуха.

Возможна установка воздушных фильтров и увлажнителей.

Самый высокий рейтинг AFUE (годовая эффективность использования топлива) среди всех систем отопления

Сочетание охлаждения с возможностью обогрева

Требуется воздуховод и пространство в стенах

Может создавать сухой, подверженный аллергенам воздух без фильтров и увлажнителей.

Нагревает воздух, а не предметы в комнате

Системы гравитационных печей

• Лучше всего подходит для: Долговечная система отопления с минимальным обслуживанием

Предшественники систем с принудительной подачей воздуха, печи с гравитационным воздухом также распределяют воздух через систему металлических воздуховодов, но вместо того, чтобы нагнетать воздух через воздуходувку, системы гравитационного воздуха работают по простой физике: теплый воздух поднимается, а холодный опускается. Однако регулировка температуры происходит медленно, поскольку системы работают за счет простых конвекционных потоков.

Самотечная воздушная печь в подвале нагревает воздух, который затем поднимается по воздуховодам в различные помещения. Холодный воздух возвращается в печь через систему воздуховодов. Так называемые печи-«осьминоги», которые можно найти во многих старых домах, представляют собой печи с гравитационным воздухом.

Самотечные воздушные системы больше не устанавливаются, а затраты на их обслуживание должны быть минимальными. Во многих старых домах они продолжают эффективно работать.

Источник топлива: Самотечные воздушные печи могут работать на природном газе, жидком пропане (LP) или мазуте. Они редко питаются электричеством, поскольку эти системы старше, и в их эпоху электричество редко использовалось.

Распределение: Кондиционированный воздух циркулирует по сети металлических воздуховодов.

Нет движущихся частей; может длиться десятилетиями

Требует небольшого обслуживания

Воздух не может быть эффективно отфильтрован

Менее энергоэффективны, чем новые печи

Медленно регулирует температуру

Системы лучистого отопления в полах

• Лучше всего подходит для: Современное лучистое отопление в регионах с мягкой зимой

Современное внутрипольное лучистое отопление включает в себя пластиковые водопроводные трубы, которые устанавливаются внутри полов из бетонных плит или крепятся к верхней или нижней части деревянных полов. Он тихий и в целом энергоэффективный. Он имеет тенденцию нагреваться медленнее и требует больше времени для регулировки, чем принудительный воздушный нагрев, но его нагрев более стабильный. В то время как обслуживание скрытых труб может быть затруднено, встроенные в пол лучистые обогреватели должны служить несколько десятилетий.

Лучистое отопление отличается от принудительного воздушного отопления тем, что оно нагревает предметы и материалы, такие как мебель и напольные покрытия, а не только воздух. Большинство излучающих систем для всего дома распределяют тепло через горячую воду, нагретую в бойлере или водонагревателе. Однако системы на основе котлов нельзя совмещать с кондиционированием воздуха.

Существуют также напольные системы, в которых используется электропроводка, проложенная под материалами пола, обычно керамической или каменной плиткой. Они менее энергоэффективны, чем системы горячего водоснабжения, и обычно используются только в небольших помещениях, таких как ванные комнаты. Они в первую очередь обогревают пол таким образом, чтобы держать ноги в тепле, но не столько само помещение. Установка лучистого теплого пола обычно стоит от 1,800 до 6,000 долларов, при этом затраты постепенно снижаются по мере добавления дополнительных квадратных метров.

Источники топлива: Системы трубопроводов горячей воды обычно обогреваются центральным котлом, который может работать на природном газе, жидком пропане (LP) или электричестве. Горячая вода также может обеспечиваться солнечными системами горячего водоснабжения, которые обычно используются в дополнение к системам на основе топлива.

Распределение: Встраиваемые в пол системы обычно снабжаются горячей водой, протекающей по пластиковым трубам.

Комфортное, равномерно распределяемое тепло

Энергоэффективность с использованием котлов

Может работать на солнечной энергии

Медленно нагревается при перепадах температуры

Дорого в установке

Техническое обслуживание скрытого трубопровода затруднено

Традиционные котельные и радиаторные системы

• Лучше всего подходит для: Лучистое тепло для всего дома

Традиционные системы котлов и радиаторов включают в себя центральный котел, в котором пар или горячая вода циркулируют по трубам к радиаторным блокам, стратегически расположенным вокруг дома. Эти системы часто отапливают старые дома и многоквартирные дома в Северной Америке. Классический радиатор — чугунный вертикальный блок, обычно размещаемый возле окон — часто называют паровым радиатором, хотя этот термин иногда неточен.

На самом деле существует два типа систем, используемых с этими старыми радиаторами. Настоящие паровые котлы на самом деле направляют газообразный пар по трубам к отдельным радиаторам, который затем конденсируется обратно в воду и возвращается в котел для повторного нагрева. В современных радиаторных системах горячая вода циркулирует к радиаторам с помощью электрических насосов. В старых паровых котлах горячая вода отдает свое тепло радиатору, а охлажденная вода возвращается в котел для дополнительного нагрева. Системы водяных радиаторов очень распространены в Европе. Ожидайте замену котлов и радиаторов примерно каждые 10–15 лет, что обычно стоит от 3,700 до 8,200 долларов.

Источники топлива: Системы котлов/радиаторов могут работать на природном газе, жидком пропане, мазуте или электричестве. Первоначальные котлы могли даже работать на угле.

Распространение: Тепло вырабатывается паром или горячей водой, циркулирующей по металлическим трубам к радиаторам, форма которых облегчает передачу тепловой энергии.

Менее сухой, чем системы воздушного отопления

Радиаторы можно обновить до плинтуса или стеновой панели.

Энергоэффективность с новыми котлами

Радиаторы могут быть некрасивыми

Расположение радиаторов может ограничивать размещение мебели или оконных покрытий.

Системы на основе котлов нельзя комбинировать с кондиционированием воздуха.

Плинтусный радиатор с горячей водой

• Лучше всего подходит для: Лучистое отопление с системой меньшего размера, чем традиционные радиаторы

Другой более современной формой лучистого тепла является плинтусная система горячего водоснабжения, также известная как водяная система, в которой также используется централизованный котел для нагрева воды, циркулирующей по системе водопроводных труб. Эта вода поступает к низкопрофильным плинтусным нагревательным элементам, которые излучают тепло от воды в помещение через тонкие металлические ребра, окружающие водопроводную трубу, обычно из углеродистой стали. По сути, это просто обновленная, усовершенствованная версия старых вертикальных радиаторных систем. Плинтусные нагреватели с горячей водой могут прослужить несколько десятилетий и обычно стоят от 450 до 1,200 долларов за установку новых или замену старых блоков.

Источники топлива: Котлы для водяных систем могут работать на природном газе, жидком пропане (LP), мазуте или электричестве. Им также могут помочь солнечные системы отопления.

Распространение: Горячая вода нагревается бойлером и подается к плинтусам с оребрением, установленным вдоль стен. Ребра увеличивают площадь рассеивания тепла для повышения эффективности. Тепло распределяется за счет естественной конвекции: нагретый воздух поднимается от плинтуса, а холодный воздух опускается к блоку для обогрева.

Отличная энергоэффективность и требует минимального обслуживания для хорошей работы

Температуру можно точно контролировать

Должен оставаться беспрепятственным; может ограничить размещение мебели или оконных покрытий

Нельзя совмещать с кондиционером

Медленно нагревается; трубы могут замерзнуть, если система выйдет из строя

Системы отопления с тепловым насосом

• Лучше всего подходит для: Отопление и охлаждение без воздуховодов в мягком климате

Новейшей технологией домашнего отопления (и охлаждения) является тепловой насос, в котором используется система, аналогичная кондиционерам, для извлечения тепла из воздуха и доставки его в дом с помощью внутреннего кондиционера. Стандартные домашние системы представляют собой воздушные тепловые насосы, которые получают тепло из наружного воздуха. Существуют также геотермальные тепловые насосы, которые извлекают тепло из глубины земли, а также тепловые насосы, использующие воду, которые получают тепло из пруда или озера.

Популярным типом теплового насоса с воздушным источником является мини-сплит-система или система без воздуховодов. Он имеет относительно небольшой наружный компрессорный блок и один или несколько внутренних кондиционеров, которые легко добавить в пристройку к комнате или в отдаленные районы дома. Многие системы тепловых насосов являются реверсивными и летом могут переключаться в режим кондиционирования воздуха. Тепловые насосы могут быть энергоэффективными, но они подходят только для относительно мягкого климата; они менее эффективны в очень жаркую и очень холодную погоду. Эти системы обычно служат 15 и более лет, а их замена стоит от 4,200 до 7,300 долларов.

Источники топлива: Тепловые насосы обычно работают от электричества, хотя также доступны модели, работающие на природном газе.

Распределение: Тепло (и охлаждение) обеспечивается настенными блоками, которые продувают воздух через змеевики испарителя, сделанные из меди или алюминия, которые связаны с наружным насосом, который извлекает или поглощает тепло снаружи.

Отопление и охлаждение можно комбинировать без воздуховодов

Точный контроль температуры в каждой комнате с помощью тихих вентиляторов

Лучше всего подходит для относительно мягкого климата

Распределение горячего или холодного воздуха ограничено

Каждый блок должен управляться индивидуально из отдельных комнат

Системы электрического нагрева сопротивления

• Лучше всего подходит для: Дополнительное отопление в малоиспользуемых помещениях

Системы электрического сопротивления, такие как плинтусные обогреватели, являются популярным вариантом дополнительного отопления в готовых подвалах, домашних офисах и сезонных помещениях, таких как трехсезонные веранды и солярии. Эти обогреватели обычно не используются для основных систем отопления дома, в основном из-за высокой стоимости электроэнергии.

Подобно лучистому теплу в полу, лучистые электрические обогреватели нагревают предметы в комнате, а не только воздух. Электрические нагреватели просты и недороги в установке, как правило, стоят от 450 до 1,200 долларов, и они не требуют воздуховодов, насосов, кондиционеров или другого распределительного оборудования. Устройства недороги, не имеют движущихся частей и практически не требуют обслуживания.

Существует два основных типа плинтусных обогревателей: конвекционные (традиционные) и водяные. Конвекция представляет собой металлический стержень с ребрами, которые при подаче электричества нагревают стержень и ребра и отдают тепло комнате. Гидроник представляет собой металлическую трубку, заполненную жидкостью, которая нагревается при подаче электричества и дольше держит тепло, но дольше нагревается и стоит в 3-4 раза дороже конвекционных агрегатов.

Кроме обычных плинтусных обогревателей существуют электрические лучистые обогреватели, которые греют излучением. Обычно они устанавливаются под потолком и направляются к обитателям помещения, обеспечивая более сфокусированное тепло, чем с плинтусными блоками. Лучистые обогреватели также более энергоэффективны, чем плинтусы.

Источники топлива: Системы электрического сопротивления подключаются к электрическим цепям дома, используя основное электричество дома, которое может питаться от угля.

Распределение: Плинтусные обогреватели используют естественную конвекцию для распространения тепла по комнате. Настенные обогреватели и многие специальные обогреватели (например, обогреватели для ног) обычно имеют внутренние вентиляторы, которые выдувают нагретый воздух.

Универсальный; может быть установлен в любом месте с электрической цепью

Бесшумная работа без вентиляторов

Нет необходимости в воздуховодах или капитальном монтаже

Дорого в эксплуатации

Использовать много электричества; может перегрузить электрическую цепь

Может способствовать загрязнению воздуха и атмосферному углероду при использовании электроэнергии, работающей на угле.

Выбор системы отопления дома

При выборе новой системы отопления для вашего дома важно взвесить все за и против каждого варианта и определить, какой тип обогревателя соответствует вашим потребностям. Например, напольное лучистое отопление — отличный вариант для тех, кто живет в более теплом климате и не нуждается в отапливании дома при отрицательных температурах в течение нескольких месяцев подряд. В более холодных регионах принудительное воздушное отопление или радиаторы могут обеспечить более постоянную и комфортную температуру зимой.

Кроме того, затраты на замену устаревшей системы могут оказаться неоправданными, если можно установить современные, более энергоэффективные варианты. В большинстве случаев лучше всего обратиться к профессиональному специалисту по ОВиК, который поможет вам начать процесс обновления системы отопления вашего дома в зависимости от ее размера, планировки и вашего регионального климата.

The Spruce использует только высококачественные источники, в том числе рецензируемые исследования, для подтверждения фактов в наших статьях. Прочтите наш редакционный процесс, чтобы узнать больше о том, как мы проверяем факты и делаем наш контент точным, надежным и заслуживающим доверия.