Varmepumper med luft som kilde

En luftvarmepumpe kan sørge for effektiv oppvarming og kjøling av boligen din, spesielt hvis du bor i et varmt klima. Når den er riktig installert, kan en luftvarmepumpe levere halvannen til tre ganger mer varmeenergi til boligen enn den elektriske energien den bruker. Dette er mulig fordi en varmepumpe flytter varme i stedet for å omdanne den fra et drivstoff, slik som i forbrenningsvarmesystemer.

Selv om luftvarmepumper kan brukes i nesten alle deler av USA, fungerer de vanligvis ikke godt i lengre perioder med temperaturer under frysepunktet. I regioner med vintertemperaturer under frysepunktet er det ikke sikkert at det er kostnadseffektivt å dekke alle oppvarmingsbehovene dine med en standard luftvarmepumpe.

Nye systemer med gassoppvarming som backup kan imidlertid overvinne dette problemet. Det finnes også en “Cold Climate Heat Pump” som er lovende, men som for tiden har produksjonsproblemer. I tillegg finnes det en versjon som kalles “Reverse Cycle Chiller”, som hevdes å kunne fungere effektivt ved temperaturer under frysepunktet.

I kjølemodus fordamper en luftvarmepumpe et kjølemiddel i innendørsbatteriet; når væsken fordamper, trekker den varme fra luften i huset. Etter at gassen er komprimert, passerer den inn i utendørsbatteriet og kondenserer, noe som frigjør varme til uteluften. Trykkendringene som kompressoren og ekspansjonsventilen forårsaker, gjør at gassen kondenserer ved en høy temperatur ute og fordamper ved en lavere temperatur innendørs.

Hvordan de fungerer

En varmepumpes kjølesystem består av en kompressor og to spoler laget av kobberrør (en innendørs og en utendørs), som er omgitt av aluminiumsfinner for å hjelpe til med varmeoverføringen. I oppvarmingsmodus trekker det flytende kjølemediet i de utvendige spiralene ut varme fra luften og fordamper til en gass. Innendørsbatteriene frigjør varme fra kjølemediet når det kondenserer tilbake til væske. En reverseringsventil i nærheten av kompressoren kan endre retningen på kjølemiddelstrømmen for kjøling og for avriming av utendørsbatteriene om vinteren.

Når utetemperaturen faller under 40 °C, slår et mindre effektivt panel av elektriske motstandsspoler, som i brødristeren din, inn for å sørge for oppvarming innendørs. Dette er grunnen til at luftvarmepumper ikke alltid er så effektive til oppvarming i områder med kalde vintre. Noen enheter har nå gassfyrte reserveovner i stedet for elektriske motstandsspoler, noe som gjør at de kan fungere mer effektivt

Effektiviteten og ytelsen til dagens luftvarmepumper er halvannen til to ganger høyere enn de som var tilgjengelige for 30 år siden. Denne forbedringen i effektivitet er et resultat av tekniske fremskritt og alternativer som disse:

I oppvarmingsmodus fordamper en luftvarmepumpe et kjølemiddel i utendørsbatteriet; når væsken fordamper, trekker den varme fra uteluften. Etter at gassen er komprimert, passerer den inn i innendørsbatteriet og kondenserer, noe som frigjør varme til innsiden av huset. Trykkendringene som forårsakes av kompressoren og ekspansjonsventilen, gjør at gassen fordamper ved lav temperatur ute og kondenserer ved høyere temperatur inne.

• Termostatiske ekspansjonsventiler for mer presis styring av kjølemiddelstrømmen til innendørsbatteriet
• Vifter med variabel hastighet, som er mer effektive og kan kompensere for noen av de negative effektene av trange kanaler, skitne filtre og skitne spoler
• Forbedret spoledesign
• Forbedret design av elektrisk motor og kompressor med to hastigheter
• Kobberrør med riller på innsiden for å øke overflatearealet.

De fleste sentrale varmepumper er split-systemer, det vil si at de har hver sin spole innendørs og én utendørs. Tilførsels- og returkanalene kobles til en sentral vifte, som er plassert innendørs.

Noen varmepumper er pakkede systemer. Disse har vanligvis både spoler og vifte utendørs. Oppvarmet eller avkjølt luft leveres til interiøret fra kanaler som stikker ut gjennom en vegg eller et tak.

Valg av varmepumpe

Alle varmepumper som selges i Norge, har et EnergyGuide-merke som viser varmepumpens varme- og kjøleeffektivitet, og som sammenligner den med andre tilgjengelige merker og modeller.

Oppvarmingseffektiviteten for elektriske varmepumper med luftkilde angis ved hjelp av varmesesongfaktor (HSPF), som er forholdet mellom sesongoppvarmingseffekten i Btu dividert med sesongstrømforbruket i watt. Kjøleeffektiviteten angis ved hjelp av SEER (Seasonal Energy Efficiency Ratio), som er forholdet mellom den sesongmessige varmeavgivelsen i Btu per time og det sesongmessige strømforbruket i watt.

Heating Seasonal Performance Factor (HSPF) vurderer både kompressorens og de elektriske motstandselementenes effektivitet. De mest effektive varmepumpene har en HSPF på mellom 8 og 10.

SEER (Seasonal Energy Efficiency Ratio) angir varmepumpens kjøleeffektivitet. Generelt er det slik at jo høyere SEER, desto høyere er kostnaden. Energibesparelsene kan imidlertid betale tilbake den høyere opprinnelige investeringen flere ganger i løpet av varmepumpens levetid. Hvis du bytter ut en sentralvarmepumpe fra 1970-tallet (SEER = 6) med en ny enhet (SEER = 12), kan du bruke halvparten så mye energi for å levere samme mengde kjøling, noe som halverer kostnadene for luftkondisjonering. De mest effektive varmepumpene har en SEER på mellom 14 og 18.

Når du skal velge en elektrisk luftvarmepumpe, bør du se etter ENERGY STAR®-merket, som tildeles enheter med en SEER på 12 eller høyere og en HSPF på 7 eller høyere. Hvis du skal kjøpe en elektrisk luftvarmepumpe og er usikker på om den oppfyller ENERGY STAR-kvalifikasjonene, bør du se etter en virkningsgrad på 12 SEER/7HSPF eller høyere på det knallgule EnergyGuide-merket. For enheter med sammenlignbare HSPF-verdier, sjekk deres stabilitetsverdier ved -8,3 grader C, som er den laveste temperaturinnstillingen. Enheten med den høyeste klassifiseringen vil være mer effektiv.

Vurder å kjøpe en varmepumpe med en HSPF på minst 7,7. I september 2006 vil det amerikanske energidepartementet begynne å håndheve en ny standard som krever at sentrale varmepumper skal ha en HSPF på minst 7,7. I varmere klima er SEER viktigere enn HSPF, mens man i kaldere klima bør fokusere på å oppnå så høy HSPF som mulig.

Dette er noen andre faktorer du bør ta hensyn til når du velger og installerer luftvarmepumper:

• Velg en varmepumpe med behovsstyrt avriming. Dette vil minimere avrimingssyklusene, og dermed redusere energibruken til tilleggsenergi og varmepumpen.
• Hvis du legger til en varmepumpe til en elektrisk ovn, bør varmepumpebatteriet vanligvis plasseres på den kalde (oppstrøms) siden av ovnen for å oppnå best mulig virkningsgrad.
• Vifter og kompressorer lager støy. Plasser utedelen på avstand fra vinduer og tilstøtende bygninger, og velg en varmepumpe med en utendørs lydklassifisering på 7,6 bels eller lavere. Du kan også redusere denne støyen ved å montere enheten på et støydempende underlag.
• Plasseringen av utendørsenheten kan påvirke dens effektivitet. Utendørsenheter bør beskyttes mot sterk vind, som kan forårsake avrimingsproblemer. Du kan strategisk plassere en busk eller et gjerde i vindretningen for å beskytte enheten mot sterk vind.

Se avsnittet om Valg og utskifting av varme- og kjølesystemer for informasjon om valg av leverandør, og se avsnittet om Dimensjonering av varme- og klimaanlegg for riktig dimensjoneringsteknikk.

Ytelsesproblemer med varmepumper

Ifølge en rapport om forskning finansiert av ENERGY STAR har mer enn 50% av alle varmepumper betydelige problemer med lav luftstrøm, utette kanaler og feil påfylling av kjølemiddel.

Det bør være en luftstrøm på ca. 400?C500 kubikkfot per minutt (cfm) for hvert tonn av varmepumpens luftkondisjoneringskapasitet. Effektiviteten og ytelsen blir dårligere hvis luftstrømmen er mye mindre enn 350 cfm per tonn. Teknikere kan øke luftmengden ved å rengjøre fordamperbatteriet eller øke viftehastigheten, men ofte er det nødvendig med noen endringer i kanalnettet. Se avsnittene om Minimering av energitap i kanaler og på Isolering av kanaler.

Kjølesystemer bør lekkasjekontrolleres ved installasjon og ved hvert servicebesøk. Romvarmepumper og pakkevarmepumper fylles med kuldemedium fra fabrikken. De blir sjelden feilfylt. Varmepumper med delt system fylles derimot på ute i felten, noe som noen ganger kan resultere i enten for mye eller for lite kuldemedium. Varmepumper med delt system som har riktig kuldemediefylling og luftstrøm, har vanligvis en ytelse som ligger svært nær produsentens oppgitte SEER- og HSPF-verdier. For mye eller for lite kjølemiddel reduserer imidlertid varmepumpens ytelse og effektivitet.

For å oppnå tilfredsstillende ytelse og effektivitet bør en varmepumpe med delt system være innenfor noen få gram av den korrekte fyllingen, som er spesifisert av produsenten. Teknikeren må måle luftstrømmen før han/hun kontrollerer kuldemediefyllingen, fordi målingene av kuldemediet ikke er nøyaktige med mindre luftstrømmen er korrekt. Når påfyllingen er korrekt, vil de spesifikke temperaturene og trykkene for kjølemediet som er oppgitt av produsenten, stemme overens med temperaturene og trykkene som er målt av serviceteknikeren. Kontroller disse målingene med teknikeren. Hvis produsentens temperaturer og trykk ikke stemmer overens med de målte, bør det tilsettes eller trekkes ut kjølemiddel i henhold til standarder spesifisert av EPA.

Avansert teknologi: Kjølemaskiner med omvendt syklus

En av de mer bemerkelsesverdige nyvinningene innen luftvarmepumper kalles Reverse Cycle Chiller (RCC). Den har den fordelen at huseieren kan velge mellom et bredt utvalg av varme- og kjøledistribusjonssystemer, fra gulvstrålesystemer til varmluftsystemer med flere soner. Det gir også mulighet for lavere strømregninger om vinteren og varmere luft ut av tilluftsventilene, noe som gir bedre komfort.

En RCC er spesielt økonomisk for helelektriske hjem eller i områder der naturgass ikke er tilgjengelig. Avhengig av andre drivstoffpriser kan det til og med være det rimeligste oppvarmingsalternativet i forhold til alle de andre drivstoffalternativene.

Systemet består av en standard 12 SEER luftvarmepumpe med én hastighet, som er dimensjonert for oppvarmingslasten i stedet for den vanlige, mindre sommerkjølelasten. Varmepumpen er koblet til en stor, godt isolert vanntank som varmepumpen varmer opp eller kjøler ned, avhengig av årstiden. De fleste systemer bruker en viftekonvektor med kanaler, som bruker det lagrede vannet til å varme opp eller kjøle ned luften og distribuere den til huset. I fyringssesongen kan det varme vannet distribueres gjennom et gulvvarmesystem.

RCC-systemet eliminerer et av de største problemene med luftvarmepumper, nemlig at det med jevne mellomrom blåses inn kald luft under avrimingssyklusen og i starten av oppvarmingssyklusen når distribusjonskanalene varmes opp. RCC-systemet løser disse problemene ved å bruke den lagrede varmen i vanntanken til å avrime kjølebatteriene, i stedet for romluften.

RCC-systemet gjør også at varmepumpen kan fungere med topp effektivitet selv ved lave temperaturer. Dette gir bedre komfort og økonomi uten behov for elektriske motstandsoppvarmingsbatterier. I en installasjon i Michigan leverte RCC-systemet for eksempel 115 °C vann til luftbehandleren og et gulvvarmesystem, selv om utetemperaturen var minus 15 °C.

Another significant energy saving benefit is that the RCC can be equipped with a refrigeration heat reclaimer (RHR). This is similar to the common desuperheater coil found on the high-end heat pumps and air conditioners (discussed below). The main difference is that the RHR not only makes hot water during the cooling season, but also does it during the heating season by using the excess capacity of the outdoor unit during the milder winter weather to make essentially free domestic hot water. In the summer it makes free hot water by reclaiming the waste heat from the house as long as the system is also cooling the building.

The combined RCC and RHR system costs about 25% more than a standard heat pump of similar size. The simple payback on the additional cost in areas where natural gas is not available is in about 2?C3 years.

Advanced Technologies: Cold Climate Heat Pump

One company has developed the Cold Climate Heat Pump, which features a two-speed, two-cylinder compressor for efficient operation; a back-up Booster compressor that allows the system to operate efficiently down to 15?ㆻ and a plate heat exchanger called an “economizer” that further extends the performance of the heat pump to well below 0?ㆬ according to the company.

The system has been tested favorably by several utilities in the Northwest, which announced that the heat pump showed a 60% efficiency improvement over standard air-source heat pumps in preliminary testing.

The product has never been made available to consumers on a large scale, but it appears that manufacturing may resume and the heat pumps will soon be available to consumers.

Advanced Technologies: All-Climate Heat Pump

Another technology showing promise is an All Climate Heat Pump, which the manufacturer says can operate in the coldest days of winter without supplemental heat, maintaining comfortable indoor temperatures even when the temperature outdoors falls below zero. The heat pump could reduce heating and cooling costs 25%?C60%. Wenatchee Valley College in Washington has installed the heat pump and campus and has been testing it since October 2006.

While the design of most heat pumps puts the focus on cooling, the All Climate Heat Pump was designed with heating as the primary focus. Initial costs for the All Climate Heat Pump are high, but if it continues to work as well as predicted, the energy savings over the life of the system would more than make up the up-front cost. The All Climate Heat Pump is currently available for consumer purchase.