Fordelene ved at bruge vandvarmepumper

Vandvarmepumper viser sig at være mere energieffektive end alternative systemer til erhvervsbygninger.Naveen Halbhavi, PE, ClimateMaster Inc., Oklahoma City

Læringsmål:

• Analyser vandvarmepumper og sammenlign dem med alternative systemer.

• Undersøg, hvordan vandvarmepumper kan reducere bygningens energiforbrug.

• Implementer et vandvarmepumpesystem for at imødekomme samtidig varme- og afkølingsbehov.

Den første kommercielle energikode blev offentliggjort i 1975 medASHRAE Standard 90-1975: Energibesparelse i nybygningsdesign.Siden da har efterfølgende bestræbelser ført til strengere energieffektivitetsstandarder, som vist i figur 1.

En fuldstændig og ensartet vedtagelse af disse energikoder ville have resulteret i ca. 50 % reduktion i normaliseret energiforbrug mellem 1975 og 2012. I virkeligheden er det samlede energiforbrug pr. kvadratfod i kommercielle bygninger faldet fra 114 kBtu/sq ft i 1979 til 79,9 kBtu/sq ft i 2012 – et fald på 30 %.

Selvom dette er en betydelig præstation, har vedtagelsen og håndhævelsen af ​​standarder i forskellige stater ikke været ensartet, og bygninger står fortsat for en stor procentdel af energiforbruget i USA. US Energy Information Administration, erhvervsbygninger forbrugte 7 quadrillion Btus energi.Ydermere tegner HVAC sig for 44 % af erhvervsbygningens energibehov, som vist i figur 2. Dette inkluderer rumopvarmning, ventilation og køling, men ekskluderer køling.

Kommercielle varmepumper

En varmepumpe er et kølekredsløb, der kan køle rum i varmt vejr og varme rum under køligt vejr.Med en varmepumpe kan du køle eller opvarme et rum ved kun at bruge strøm.Ved ikke at brænde brændsel til opvarmning, som i en traditionel central ovn, elimineres en brandfare.

Kommercielt tilgængelige varmepumper kan kategoriseres i to brede typer:

• En luft- eller luftkølet varmepumpe

• En vandvarmepumpe (WSHP).

En luft- eller luftkølet varmepumpe er en type varmepumpe, der fungerer ved at afvise varme til udeluften om sommeren eller ved at absorbere varme fra udeluften om vinteren.En WSHP er en type varmepumpe, der fungerer ved at afvise varme til et vandrørsystem (eller vandkredsløb) om sommeren eller ved at absorbere varme fra den samme vandkreds om vinteren.Hvis der er installeret flere enheder af WSHP'er, kan de alle serviceres af et fælles vandsløjfesystem (eller header).

Fordele ved vandvarmepumper

For WSHP'er, da varmen overføres via en varmeveksler til et rør, der transporterer vand, er driften mere støjsvag, og systemets fodaftryk er mindre, da vand er mere effektivt til at bortføre varme end luft.I et luftkildesystem er den begrænsende varmeoverførselskoefficient på luftsiden, og typiske varmeoverførselskoefficienter for tvungen konvektion på luftsiden er i området 25 til 250 W/m² K. I modsætning hertil er varmeoverførselskoefficienten for tvungen konvektion på vandsiden mellem 50 og 20.000 W/m² K. Dette gør WSHP-udstyr mere effektivt og mindre i størrelse end luftvarmepumper.

Traditionelle luftkildeenheder kan kræve, at hver luftbehandlingsenhed har en separat kondenseringsenhed.For et stort system med flere enheder, som er almindeligt i en kommerciel bygning, vil der være behov for flere kondenseringsenheder, som ikke kun er støjende, men som også er en udfordring at installere, da de kræver meget ledig plads.Med en WSHP-installation med flere enheder kan varmeudvekslingen udføres med et enkelt centralt fordampningskøletårn eller tørkøler placeret på jorden eller taget.WSHP-enhederne kan placeres i sænkede lofter eller skjules væk fra optagede rum i mekaniske rum eller brugsskabe.Placering af enhederne i lofter tæt på brugsstedet resulterer også i mindre kanalføring og mindre ventilatorenergiforbrug.Ventilator-energiforbrug kan være blandt de største energikomponenter i et HVAC-system, og et godt overordnet systemdesign vil forsøge at minimere det.

WSHP'er tilbyder også nogle af de højeste effektiviteter i HVAC-industrien. ASHRAE sætter minimumseffektivitetskravene for WSHP'er til at være højere end traditionelle luftkølede varmepumper og VRF-systemer.Tabel 1 og 2 viser effektivitetsværdier for de mest direkte sammenlignelige enheder og er afledt af ASHRAE 90.1-2013: Energistandard for bygninger undtagen lavtliggende boliger.Denne sammenligning viser, at WSHP'er opfylder de højeste krav til minimum energieffektivitet (EER) og ydeevnekoefficient (COP).

WSHP'er er også mere effektive til opvarmning sammenlignet med emballerede ovnklimaanlæg.I en ovnenhed er den maksimale effektivitet til opvarmning ved afbrænding af naturgas omkring 95% (for en COP på 0,95);elektrisk varme er 100% (COP = 1,0).Med en vandkildevarmepumpe i opvarmningstilstand bliver ikke kun den termiske energi fra vandkredsløbet udvundet og brugt, men også kompressionsvarmen i kølekredsløbet opfanges og bruges som varmekilde.På grund af denne evne til at udvinde varme fra en varmekilde (dvs. vandsløjfen) og bruge kompressionsvarmen, kan WSHP let levere 4 til 6 enheder opvarmning for hver energienhed, der forbruges.Det er klart, at dette er et mere effektivt system.