ทำไมปั๊มความร้อนจากอากาศจึงต้องการฮีตเตอร์ไฟฟ้าสำรอง?

ปั๊มความร้อนแบบอากาศ (ASHP) เป็นระบบทำความร้อนและทำความเย็นที่มีประสิทธิภาพสูง อย่างไรก็ตาม เพื่อให้แน่ใจว่าความสบายภายในอาคารมีความสม่ำเสมอ มักจะติดตั้งระบบทำความร้อนสำรองด้วยไฟฟ้า ซึ่งเรียกว่า "ความร้อนเสริม" หรือ "ความร้อนฉุกเฉิน" ความจำเป็นสำหรับระบบทำความร้อนสำรองนี้มีที่มาจากข้อพิจารณาเกี่ยวกับอุณหพลศาสตร์ กลไกการทำงาน และเศรษฐศาสตร์

1. ความสามารถในการทำความร้อนลดลงในสภาพอากาศเย็น (จุดสมดุล)
ปั๊มความร้อนทำงานโดยการดึงความร้อนจากอากาศภายนอกและถ่ายเทเข้าสู่ภายในอาคาร เมื่ออุณหภูมิภายนอกลดลง ระบบจะดึงความร้อนได้ยากขึ้น ทำให้ความสามารถในการทำความร้อนของปั๊มความร้อนลดลง ในขณะเดียวกัน เนื่องจากความร้อนสูญเสียจากบ้านไปยังสภาพแวดล้อมภายนอกที่เย็น ความต้องการความร้อนของอาคารก็เพิ่มขึ้น อุณหภูมิที่ความสามารถในการทำความร้อนของปั๊มความร้อนตรงกับภาระความร้อนของบ้านพอดี เรียกว่า "จุดสมดุล" เมื่ออุณหภูมิภายนอกต่ำกว่าจุดนี้ ปั๊มความร้อน จะไม่สามารถตอบสนองความต้องการความร้อนได้ด้วยตัวเอง ในขั้นตอนนี้ ระบบทำความร้อนสำรองด้วยไฟฟ้าจะถูกนำมาใช้เพื่อรักษาอุณหภูมิภายในอาคาร

2. วงจรละลายน้ำแข็ง
ในสภาพอากาศเย็นและชื้น ความชื้นในอากาศสามารถควบแน่นและสะสมบนคอยล์ภายนอกของปั๊มความร้อน ทำให้เกิดชั้นน้ำแข็งที่บั่นทอนความสามารถในการทำความร้อน เพื่อกำจัดน้ำแข็งนี้ ระบบจะสลับการทำงานชั่วคราว (เปลี่ยนเป็นโหมดทำความเย็น) เพื่อละลายน้ำแข็ง ในระหว่างวงจรละลายน้ำแข็งนี้ ระบบทำความร้อนสำรองด้วยไฟฟ้าจะทำงานโดยอัตโนมัติเพื่อป้องกันไม่ให้อากาศเย็นถูกเป่าเข้าสู่บ้านผ่านช่องระบายอากาศ

3. การกำหนดขนาดระบบและข้อพิจารณาทางเศรษฐกิจ
ในการกำหนดขนาดระบบ HVAC ต้องคำนึงถึงภาระความเย็นในฤดูร้อนและภาระความร้อนในฤดูหนาว ในหลายภูมิอากาศ อุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับความเย็นสูงสุดในฤดูร้อนจะน้อยกว่าอุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับความร้อนสูงสุดในฤดูหนาว เพื่อหลีกเลี่ยงการกำหนดขนาดปั๊มความร้อนที่ใหญ่เกินไป ซึ่งอาจส่งผลให้การลดความชื้นในฤดูร้อนไม่ดี ต้นทุนอุปกรณ์เริ่มต้นสูง และการทำงานเป็นรอบบ่อยครั้ง (เริ่มและหยุด) ของเครื่อง ผู้ติดตั้งมักจะกำหนดขนาดระบบให้สอดคล้องกับภาระความเย็นหรือภาระความร้อนเฉลี่ย ในวันที่อากาศหนาวจัดที่สุดของฤดูหนาว ระบบจะใช้ระบบทำความร้อนเสริมด้วยไฟฟ้าเพื่อเชื่อมช่องว่างความร้อนอย่างคุ้มค่า

4. การสำรองฉุกเฉิน
ระบบทำความร้อนเสริมยังทำหน้าที่เป็นระบบความปลอดภัยที่สำคัญ ในกรณีที่คอมเพรสเซอร์หลักของปั๊มความร้อนล้มเหลว หรือหากระบบประสบกับความเย็นจัดเกินขีดจำกัดการออกแบบ ระบบทำความร้อนเสริมด้วยไฟฟ้าจะช่วยให้ท่อในบ้านไม่แข็งตัวและแตก โดยยังคงรักษาความปลอดภัยให้กับผู้อยู่อาศัยในบ้าน

การแลกเปลี่ยนประสิทธิภาพ
สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าระบบทำความร้อนเสริมด้วยไฟฟ้าแบบต้านทานมีประสิทธิภาพน้อยกว่าปั๊มความร้อนเองอย่างมาก แม้ว่า ปั๊มความร้อนแบบอากาศ รุ่นใหม่จะสามารถรักษาค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ (COP) ได้ 1.75 หรือสูงกว่า แม้ในสภาพอากาศเย็น แต่ระบบทำความร้อนแบบต้านทานไฟฟ้ามี COP เพียง 1.0 ซึ่งหมายความว่าให้ความร้อนเพียงหนึ่งหน่วยต่อหน่วยไฟฟ้าที่ใช้ เนื่องจากระบบทำความร้อนเสริมมีค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานสูงกว่า เทอร์โมสตัทรุ่นใหม่จึงได้รับการออกแบบมาให้เปิดใช้งานเฉพาะเมื่อจำเป็นเท่านั้น เช่น เมื่อต้องการเพิ่มอุณหภูมิภายในอาคารอย่างรวดเร็ว หรือในช่วงที่อากาศหนาวจัด

ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี
เมื่อเทคโนโลยีมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ปั๊มความร้อนแบบอากาศ "สภาพอากาศหนาวเย็น" (ccASHPs) รุ่นใหม่ได้ถือกำเนิดขึ้น ซึ่งสามารถรักษาความสามารถในการทำความร้อนที่กำหนดไว้ที่อุณหภูมิต่ำลงมาก เช่น ต่ำถึง -13°F (-25°C) แม้ว่ารุ่นขั้นสูงเหล่านี้จะลดความถี่ที่จำเป็นต้องใช้ระบบทำความร้อนเสริม แต่ระบบทำความร้อนเสริมด้วยไฟฟ้ายังคงเป็นคุณสมบัติมาตรฐานและใช้งานได้จริงในการติดตั้งส่วนใหญ่ เพื่อให้แน่ใจว่าได้รับความร้อนและความสบายที่เชื่อถือได้ตลอดทั้งปี