پمپ حرارتی منبع هوا (ASHP) یک سیستم گرمایش و سرمایش بسیار کارآمد است. با این حال، برای اطمینان از راحتی یکپارچه داخلی، اغلب مجهز به گرمای پشتیبان الکتریکی است که به آن «گرمای کمکی» یا «گرمای اضطراری» نیز گفته می‌شود. ضرورت این گرمایش پشتیبان از ملاحظات مربوط به ترمودینامیک، مکانیک عملیاتی و اقتصاد ناشی می شود.
1. کاهش ظرفیت گرمایش در هوای سرد (نقطه تعادل)
پمپ های حرارتی با استخراج گرما از هوای بیرون و انتقال آن به داخل کار می کنند. با کاهش دمای بیرون، استخراج گرما برای سیستم به طور فزاینده ای دشوار می شود و باعث کاهش ظرفیت گرمایش پمپ حرارتی می شود. همزمان، چون گرما از خانه به محیط سرد بیرون از دست می‌رود، تقاضای گرمایش ساختمان افزایش می‌یابد. دمایی که در آن ظرفیت گرمایش پمپ حرارتی دقیقاً با بار گرمایش خانه مطابقت دارد به عنوان "نقطه تعادل" شناخته می شود. وقتی دمای بیرون از این نقطه پایین می‌آید،پمپ حرارتیدیگر نمی تواند نیاز گرمایشی را به تنهایی تامین کند. در این مرحله، گرمای پشتیبان الکتریکی برای حفظ دمای داخلی مورد نیاز است.
2. چرخه یخ زدایی
در شرایط سرد و مرطوب، رطوبت هوا می‌تواند متراکم شده و روی کویل‌های پمپ حرارتی در فضای باز جمع شود و لایه‌ای از یخ را تشکیل دهد که ظرفیت گرمایش آن را مختل می‌کند. برای از بین بردن این یخ زدگی، سیستم به طور موقت عملکرد خود را معکوس می کند (تغییر به حالت خنک کننده) تا یخ ذوب شود. در طول این چرخه یخ زدایی، سیستم گرمایش پشتیبان الکتریکی به طور خودکار فعال می شود تا از دمیدن هوای سرد از طریق دریچه ها به داخل خانه جلوگیری کند.
3. اندازه سیستم و ملاحظات اقتصادی
هنگام اندازه‌گیری یک سیستم HVAC، باید بار سرمایش تابستان و گرمایش زمستان را در نظر گرفت. در بسیاری از آب و هواها، ظرفیت تجهیزات مورد نیاز برای اوج سرمایش تابستانی کمتر از ظرفیت مورد نیاز برای اوج گرمایش زمستانی است. برای جلوگیری از بزرگ‌تر شدن پمپ حرارتی - که می‌تواند منجر به رطوبت‌زدایی ضعیف در تابستان، هزینه‌های بالای تجهیزات جلویی و دوچرخه‌سواری مکرر (راه‌اندازی و توقف) واحد شود - نصاب‌ها معمولاً سیستم را طوری اندازه می‌دهند که با بار سرمایشی یا بار گرمایشی متوسط تراز شود. در سردترین روزها یا هفته‌های زمستان، سیستم از گرمایش کمکی الکتریکی استفاده می‌کند تا به طور مقرون‌به‌صرفه کمبود گرمایش را برطرف کند.
4. افزونگی اضطراری
گرمایش کمکی همچنین به عنوان یک حفاظت ایمنی حیاتی عمل می کند. در صورتی که کمپرسور اولیه پمپ حرارتی از کار بیفتد - یا اگر سیستم با سرمای شدید مواجه شود که از حد طراحی آن فراتر رفته است - سیستم گرمایش کمکی برقی تضمین می‌کند که لوله‌های خانگی یخ نزنند و نمی‌ترکند و در عین حال ساکنان خانه را ایمن نگه می‌دارند.
مبادلات کارایی
توجه به این نکته مهم است که گرمایش کمکی مقاومت الکتریکی به طور قابل توجهی کمتر از خود پمپ حرارتی کارآمد است. در حالی که مدرن استپمپ های حرارتی منبع هوامی تواند ضریب عملکرد (COP) 1.75 یا بالاتر را حتی در هوای سرد حفظ کند، گرمایش با مقاومت الکتریکی تنها 1.0 دارد - به این معنی که دقیقاً یک واحد گرما برای هر واحد برق مصرفی تولید می کند. از آنجایی که کارکرد گرمایش کمکی گران‌تر است، ترموستات‌های مدرن به گونه‌ای طراحی شده‌اند که آن را فقط در مواقع ضروری فعال کنند، مانند زمانی که نیاز به افزایش سریع دمای داخل خانه یا در دوره‌های سرمای شدید است.
پیشرفت های تکنولوژیکی
با ادامه تکامل فناوری، نسل جدیدی از پمپ‌های حرارتی منبع هوای «آب و هوای سرد» (ccASHPs) پدیدار شده‌اند که می‌توانند ظرفیت گرمایش نامی خود را در دماهای بسیار پایین‌تر (مثلا تا 13- درجه فارنهایت (25- درجه سانتی گراد) حفظ کنند. اگرچه این مدل های پیشرفته فرکانس نیاز به گرمایش کمکی را کاهش می دهند، گرمایش کمکی الکتریکی یک ویژگی استاندارد و کاربردی در اکثر تاسیسات باقی می ماند و گرمایش و راحتی قابل اعتماد را در طول سال تضمین می کند.
پمپ حرارتی منبع هوا (ASHP) یک سیستم گرمایش و سرمایش بسیار کارآمد است. با این حال، برای اطمینان از راحتی یکپارچه داخلی، اغلب مجهز به گرمای پشتیبان الکتریکی است که به آن «گرمای کمکی» یا «گرمای اضطراری» نیز گفته می‌شود. ضرورت این گرمایش پشتیبان از ملاحظات مربوط به ترمودینامیک، مکانیک عملیاتی و اقتصاد ناشی می شود.
1. کاهش ظرفیت گرمایش در هوای سرد (نقطه تعادل)
پمپ های حرارتی با استخراج گرما از هوای بیرون و انتقال آن به داخل کار می کنند. با کاهش دمای بیرون، استخراج گرما برای سیستم به طور فزاینده ای دشوار می شود و باعث کاهش ظرفیت گرمایش پمپ حرارتی می شود. همزمان، چون گرما از خانه به محیط سرد بیرون از دست می‌رود، تقاضای گرمایش ساختمان افزایش می‌یابد. دمایی که در آن ظرفیت گرمایش پمپ حرارتی دقیقاً با بار گرمایش خانه مطابقت دارد به عنوان "نقطه تعادل" شناخته می شود. وقتی دمای بیرون از این نقطه پایین می‌آید،پمپ حرارتیدیگر نمی تواند نیاز گرمایشی را به تنهایی تامین کند. در این مرحله، گرمای پشتیبان الکتریکی برای حفظ دمای داخلی مورد نیاز است.
2. چرخه یخ زدایی
در شرایط سرد و مرطوب، رطوبت هوا می‌تواند متراکم شده و روی کویل‌های پمپ حرارتی در فضای باز جمع شود و لایه‌ای از یخ را تشکیل دهد که ظرفیت گرمایش آن را مختل می‌کند. برای از بین بردن این یخ زدگی، سیستم به طور موقت عملکرد خود را معکوس می کند (تغییر به حالت خنک کننده) تا یخ ذوب شود. در طول این چرخه یخ زدایی، سیستم گرمایش پشتیبان الکتریکی به طور خودکار فعال می شود تا از دمیدن هوای سرد از طریق دریچه ها به داخل خانه جلوگیری کند.
3. اندازه سیستم و ملاحظات اقتصادی
هنگام اندازه‌گیری یک سیستم HVAC، باید بار سرمایش تابستان و گرمایش زمستان را در نظر گرفت. در بسیاری از آب و هواها، ظرفیت تجهیزات مورد نیاز برای اوج سرمایش تابستانی کمتر از ظرفیت مورد نیاز برای اوج گرمایش زمستانی است. برای جلوگیری از بزرگ‌تر شدن پمپ حرارتی - که می‌تواند منجر به رطوبت‌زدایی ضعیف در تابستان، هزینه‌های بالای تجهیزات جلویی و دوچرخه‌سواری مکرر (راه‌اندازی و توقف) واحد شود - نصاب‌ها معمولاً سیستم را طوری اندازه می‌دهند که با بار سرمایشی یا بار گرمایشی متوسط تراز شود. در سردترین روزها یا هفته‌های زمستان، سیستم از گرمایش کمکی الکتریکی استفاده می‌کند تا به طور مقرون‌به‌صرفه کمبود گرمایش را برطرف کند.
4. افزونگی اضطراری
گرمایش کمکی همچنین به عنوان یک حفاظت ایمنی حیاتی عمل می کند. در صورتی که کمپرسور اولیه پمپ حرارتی از کار بیفتد - یا اگر سیستم با سرمای شدید مواجه شود که از حد طراحی آن فراتر رفته است - سیستم گرمایش کمکی برقی تضمین می‌کند که لوله‌های خانگی یخ نزنند و نمی‌ترکند و در عین حال ساکنان خانه را ایمن نگه می‌دارند.
مبادلات کارایی
توجه به این نکته مهم است که گرمایش کمکی مقاومت الکتریکی به طور قابل توجهی کمتر از خود پمپ حرارتی کارآمد است. در حالی که مدرن استپمپ های حرارتی منبع هوامی تواند ضریب عملکرد (COP) 1.75 یا بالاتر را حتی در هوای سرد حفظ کند، گرمایش با مقاومت الکتریکی تنها 1.0 دارد - به این معنی که دقیقاً یک واحد گرما برای هر واحد برق مصرفی تولید می کند. از آنجایی که کارکرد گرمایش کمکی گران‌تر است، ترموستات‌های مدرن به گونه‌ای طراحی شده‌اند که آن را فقط در مواقع ضروری فعال کنند، مانند زمانی که نیاز به افزایش سریع دمای داخل خانه یا در دوره‌های سرمای شدید است.
پیشرفت های تکنولوژیکی
با ادامه تکامل فناوری، نسل جدیدی از پمپ‌های حرارتی منبع هوای «آب و هوای سرد» (ccASHPs) پدیدار شده‌اند که می‌توانند ظرفیت گرمایش نامی خود را در دماهای بسیار پایین‌تر (مثلا تا 13- درجه فارنهایت (25- درجه سانتی گراد) حفظ کنند. اگرچه این مدل های پیشرفته فرکانس نیاز به گرمایش کمکی را کاهش می دهند، گرمایش کمکی الکتریکی یک ویژگی استاندارد و کاربردی در اکثر تاسیسات باقی می ماند و گرمایش و راحتی قابل اعتماد را در طول سال تضمین می کند.
