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.

En annen viktig energibesparende fordel er at RCC kan utstyres med en kjølevarmegjenvinner (RHR). Dette ligner på den vanlige desuperheater-spolen som finnes på avanserte varmepumper og klimaanlegg (omtalt nedenfor). Hovedforskjellen er at RHR ikke bare produserer varmt vann i kjølesesongen, men også i oppvarmingssesongen ved å utnytte overskuddskapasiteten til utendørsenheten under mildere vintervær for å produsere praktisk talt gratis varmt bruksvann. Om sommeren produserer den gratis varmt vann ved å gjenvinne spillvarmen fra huset, så lenge systemet også kjøler bygningen.

Det kombinerte RCC- og RHR-systemet koster omtrent 25% mer enn en standard varmepumpe av tilsvarende størrelse. Den enkle tilbakebetalningstiden for merkostnaden i områder der naturgass ikke er tilgjengelig, er på omtrent 2?C3 år.

Avansert teknologi: Varmepumpe for kaldt klima

Et selskap har utviklet “Cold Climate Heat Pump”, som er utstyrt med en to-trinns, tosylindret kompressor for effektiv drift; en reservekompressor (booster) som gjør at systemet kan fungere effektivt ned til 15 °F, og en platevarmeveksler kalt «economizer» som ifølge selskapet ytterligere utvider varmepumpens ytelse til godt under 0 °C.

Systemet har fått gode tilbakemeldinger fra flere energileverandører i Nordvest, som har opplyst at varmepumpen i foreløpige tester viste en effektivitetsforbedring på 60% sammenlignet med standard luftvarmepumper.

Produktet har aldri blitt gjort tilgjengelig for forbrukerne i stor skala, men det ser ut til at produksjonen kan bli gjenopptatt og at varmepumpene snart vil bli tilgjengelige for forbrukerne.

Avansert teknologi: Varmepumpe for alle klimaforhold

En annen lovende teknologi er en «All Climate»-varmepumpe, som ifølge produsenten kan fungere selv på de kaldeste vinterdagene uten tilleggsoppvarming, og dermed opprettholde behagelige innetemperaturer selv når utetemperaturen faller under null. Varmepumpen kan redusere oppvarmings- og kjølekostnadene med 25%?C60%. Wenatchee Valley College i Washington har installert varmepumpen på campus og har testet den siden oktober 2006.

Mens utformingen av de fleste varmepumper legger vekt på kjøling, ble All Climate-varmepumpen utviklet med oppvarming som hovedformål. Startkostnadene for All Climate-varmepumpen er høye, men hvis den fortsetter å fungere like godt som forventet, vil energibesparelsene gjennom systemets levetid mer enn oppveie startkostnadene. All Climate-varmepumpen er for tiden tilgjengelig for forbrukere.