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Dec 03, 2023

ダクトレスヒートポンプの重要な詳細

Riepilogo: il project manager HVAC John Harrod spiega l'improvviso aumento di popolarità dell'HVAC.

概要:HVAC プロジェクト マネージャーのジョン ハロッド氏は、HVAC の人気の高まりについて説明します。ダクトレスヒートポンプ 、ミニスプリットと呼ばれることもあります。 彼はヒートポンプ故障の主な原因について説明しています。 これには、冷媒と凝縮水の漏れ、霜取りの問題、フィルタの詰まり、温度の問題、適切な設置を確保する方法、よくある落とし穴について顧客を教育する重要性などが含まれます。

ダクトレスヒートポンプの人気が急増しています。 この成長の原動力の一部は、寒冷地でも良好な性能を発揮できるようにする技術の改良によるものです。 最近の化石燃料価格の上昇や、建物の電化による炭素排出削減を目的とした州および公共事業のプログラムも寄与している。 最近制定されたのは、インフレ抑制法連邦税額控除を拡大し、新たなリベートに資金を提供することで、ヒートポンプの普及がさらに促進されるだろう。

ダクトレス ヒート ポンプのブームにより、新しい設置業者が現場に参入しています。 従来の HVAC の背景を持ち、従来の炉、ボイラー、エアコンに精通している人もいます。 その他、電気技師、住宅性能請負業者、大工などは関連業界から来ています。 契約するのが初めての人もいます。

ダクトレスヒートポンプ設置業者になるための障壁は、基本的なスキルと必要なツールの点で比較的低いです。 しかし、ダクトレス ヒート ポンプは、見かけのシンプルさにもかかわらず、設計や製造の粗悪さが許されない場合があります。 不適切なダクトレス設置は、住宅所有者にとっても請負業者にとっても同様に悪夢となる可能性があります。 そして、悪い結果は悪評につながり、ヒートポンプの普及が遅れます。

私がダクトレスシステムで見たほとんどの問題は、簡単に回避できるいくつかのエラーが原因です。 請負業者の場合は、これらの重要な詳細に注意を払うことで、コストのかかるコールバックを回避できます。 あなたが住宅所有者であれば、これらの落とし穴について知っておくと、新しいシステムに問題が発生しないようにすることができます。

ヒートポンプは、屋内と屋外の間で熱を移動させることによって機能します。 熱を運ぶ流体は冷媒として知られています。 冷媒がシステム内を移動するにつれて、その圧力は上昇および下降し、気体と液体の状態を行ったり来たりします。 冷媒がシステムの暖かい側に入ると圧縮され、温度が上昇します。 暖房モードでは、この高温高圧ガスが室内コイル内で凝縮し、熱が室内の空気に伝達されます。 温かい液体になった冷媒が屋内コイルから戻ると、計量装置を通過し、温度と圧力が低下します。 冷媒は低圧で蒸発し、冷たい外気から熱を吸収します。 夏には、このプロセスが逆になります。 室内コイルは吸熱蒸発器となり、高温高圧の冷媒が室外コイル内で凝縮して熱を放出します。

ダクトレスヒートポンプは、次のように呼ばれることもあります。「ミニスプリット」。ダクト付きヒートポンプとダクトレスヒートポンプはどちらも「分割」システムです。 屋内と屋外のコイルは別の機器内にあります。 ダクトレス ヒート ポンプは、ダクトを通して空調空気を分配するのではなく、壁または天井に取り付けられた自立型ヘッドを使用し、供給される空間に直接吹き込みます。 「ミニスプリット」とは、ダクトレスユニットで利用可能なより小さい Btu 出力を指します (ほとんどのダクトシステムでは 18,000 ～ 60,000 Btu であるのに対し、6,000 Btu 程度です)。 ここではダクトレス ヒート ポンプに焦点を当てますが、同じ懸念の多くがダクト付きシステムにも当てはまります。

ダクトレスヒートポンプの設置を成功させるには、室内ユニットと室外ユニットの配置とそれらの間の相互接続に注意を払う必要があります。 配置の考慮事項には、視覚的および音響的影響、空気の流れ、損傷からの保護、および許容される最小および最大のラインセット長が含まれます。 冷媒ラインは漏れがなく、完全に断熱されている必要があります。 電源回路と通信ケーブルは、規格に従ってサイズを決め、設置する必要があります。全国電気規定そしてメーカーの説明書。 凝縮水配管は、トラップや上り勾配のないように正しくピッチ設定する必要があり、土壌やマルチで終わってはいけません。 すべてのシステム コンポーネントが適切にサポートされている必要があります。

適切に機能するには、冷媒回路に漏れがない必要があります。 冷媒がわずかに少ないシステムは非効率的に動作し、定格出力を達成するのに苦労します。 システムの残量が非常に少ない場合は、完全にシャットダウンする可能性があります。 低冷媒で運転すると、コンプレッサーなどの重要なコンポーネントに余分な磨耗が生じます。 また、最新のヒートポンプで使用されている R-410A などの冷媒は強力な温室効果ガスであるため、漏れは環境に対する大きな懸念事項です。

ヒートポンプの室内機と室外機はラインセットと呼ばれる銅管で接続されています。 ダクトレスシステムでは、接続は通常フレアフィッティングで行われます。 フレアが適切に作られていると、耐久性があり、漏れのない接続が得られます。 フレアリングは依然としてダクトレス ライン セットを接続するための最も一般的な技術ですが、他のアプローチも利用できます。 ろう付け（銅配管のはんだ付けに似たプロセス）は、従来のヒートポンプやエアコンに広く使用されており、ダクトレスシステムにも使用できます。 圧着接続継手やプッシュ接続継手も人気が高まっています。 これらの代替継手を使用する場合は、製造元の指示に従ってください。 接続タイプに関係なく、冷媒を追加する前に徹底的な漏れチェックを実行する必要があります。 単一のテストですべての漏れを検出できるわけではありませんが、4 段階の方法論により、すべての大きな漏れとほとんどの小さな漏れを検出できます。

夏には、ヒートポンプが室内の空気を冷却し、除湿します。 室内コイルを通過する空気が露点まで冷えると、水分が凝縮して下のドレンパンに滴下します。 一般的なダクトレス設置では、凝縮水を運ぶフレキシブル ホースが室内ユニットの背面から出て、外壁を通過します。 ホースは排水管に接続されます。 排水管は凝縮水を壁の底まで運び、そこで地面に滴下します。

パン、ホース、または排水管が詰まっているか、不適切な傾斜がある場合、凝縮水は逆流し、通常は室内ユニットの後ろの壁を伝って流れ落ちます。 設置中の凝縮水漏れを防ぐためには、いくつかの重要なポイントがあります。 1つ目は、室内機を水平またはドレンパンの開口部に向かって少し傾斜させて取り付けることです。 凝縮水を排出するために壁に穴を開けるときは、外側に向かって傾斜するように穴を開け、フレキシブルな排水ホースが壁から出るときに下向きに傾斜していることを確認してください。 ホースを正しい位置に保つには、ホース全体を壁に通す前に、冷媒チューブの切り欠きの下にホースをテープで貼り付けます。 外部の凝縮水ドレンは、次のような硬質または半硬質の材料で作られている必要があります。PEXまたはPVC。 すべてのホースとパイプの接続が適切にクランプされていることを確認し、外部排水管が最小 1 ⁄ 4 インチ/フィートのピッチで連続的に下向きに傾斜していることを確認します。動きやたるみを防ぐために一定の間隔で固定します。 排水管の下端は地上で終端してください。水たまりに沈めたり、土やマルチに埋めたりしないでください。

設置するたびに凝縮水の排出をテストします。 システムをオフにして、コイルの上に数リットルの水をゆっくりと注ぎます。 結露は、空調されたスペースと空調されていないスペースを通る、断熱が不十分なラインセットでも発生する可能性があります。 ラインセットの断熱を徹底することは効率対策としては価値がありますが、その最大の利点は結露の滴下を防ぐことです。

結露の問題は、夏の最初の高温多湿な週に一度に現れる傾向があります。 システムの設置後は、ドレンパンや配管の清掃などの定期的なメンテナンスが凝縮水の漏れを防ぐために重要です。

冬に熱を吸収するために、ヒートポンプは屋外コイルをその上を通過する空気よりも冷たくする必要があります。 屋外温度が 40°F を下回ると、コイルの温度は氷点下に下がり、霜が降ります。 霜が多すぎると、コイルを通る空気の流れが妨げられ、ヒートポンプの効率的な動作が妨げられます。 この霜を取り除くために、ヒートポンプは定期的に霜取りサイクルを実行する必要があります。 このシステムは暖房を停止し、冷媒の流れを一時的に逆転させて、家から熱を奪い、それを使って屋外コイルを温めます。 溶解プロセスを促進するために室外ファンが停止します。 快適性の問題を最小限に抑えるために、ダクトレス ユニットは通常、室内ファンを低速にし、冷気を上方に向けて居住者から遠ざけるようにルーバーを調整します。

いくつかの簡単な手順を実行すると、解凍関連の多くのコールバックを防ぐことができます。 まず、住宅所有者に霜取りサイクルについて教育します。これは寒冷地での運転に通常必要な部分です。 システムが定期的に暖房を停止し、冷気を優しく吹き出すことを住宅所有者に知らせることで、「これには独自の考えがある！」などの苦情を避けることができます。

室外機を大量の水から守ることも重要です。 室外機に集中して溶けた雪や大雨が降ると、室外コイルに氷が過剰に付着することがあります。 可能であれば、室外機を点滴ラインや屋根の谷から離して配置します。 大雪や流出が懸念される場合は、保護屋根や日よけを検討してください。 室外機を積雪の深さよりも高い位置に置くことは、北部の気候で室外機を動作させるために重要です。 ユニットを上昇させると、霜取りサイクルからの融解水を自由に排出することもできます。 室外機を歩道の近くに設置する場合は、溶けた水が再凍結して滑る危険性があるので注意してください。

寒冷地では、除霜時に溶けた水が室外機内で再凍結するのを防ぐ小型の電気抵抗コイルであるドレンパンヒーターを使用してください。 このヒーターがないと、氷が蓄積し、最終的にはコイルが詰まり、損傷する可能性があります。 寒冷地向けに設計されたヒートポンプの多くには、ドレンパンヒーターがすでに取り付けられています。

ダクトレスヒートポンプシステムでは、室内ユニットと室外ユニットが銅線セットとフレアフィッティングで接続されます。 丈夫で漏れのない接続には、よく作られたフレアが不可欠です。

ダクトレス設備によくある問題の中で、温度制御に関する問題は解決が最も困難です。 ここでは、いくつかの一般的な問題について触れます。 次のガイダンスは、断熱材や空気漏れに関する明らかな欠陥を修正し、正確な冷暖房負荷の計算を実行していることを前提としています。 これらの手順は、どのような種類のシステムでも良好な結果を実現するために重要です。

問題の 1 つは、ダクトレス コントローラーの設定値と居住空間で測定された温度の不一致です。 この問題はダクトレス システムの設計に固有の問題です。 室内温度センサーはダクトレスヘッド本体に搭載されています。 高壁ダクトレス ヘッドの場合、これはセンサーが通常地面から 6 フィートまたは 7 フィートの高さにあることを意味します。 暖かい空気は上昇する傾向があり、センサーが室内の暖かいコイルに近いため、センサーが感知する温度は、室内の低い位置にいる居住者が感じる温度よりも数度暖かいことがよくあります。 この問題を軽減する 1 つの方法は、ダクトレス ヘッドを天井から少なくとも 6 インチから 8 インチ下に取り付けて、温度層別の影響を軽減することです。 これにより、ヘッドがわずかに冷たい空気を取り込むことができ、熱伝達効率が向上します。 中速から高速のファン速度を使用すると、温度の成層が減少し、室内での混合が向上します。 もう 1 つのソリューションはリモート サーモスタットです。これにより、ダクトレス ヘッドが乗員レベルに近い温度を感知できるようになります。

どのソリューションを採用するかに関係なく、住宅所有者にダクトレス温度検知について教育することが重要です。 住宅所有者には、たとえ過去にサーモスタットを設定したときよりも数度高いとしても、快適な設定値を選択することをお勧めします。

もう 1 つの温度関連の問題は、マルチゾーン ダクトレス システムに特有のものです。 これらのシステムでは、複数の室内ヘッドが 1 台の室外ユニットに接続されます。 典型的な例としては、室外機がリビング ルームの大きなヘッドに接続され、3 つの寝室の小さなヘッドに接続されることが考えられます。 小さなゾーンのうちの 1 つだけが熱を必要とする場合、問題が発生します。 室外機は出力を下げることができますが、それは限界です。 ほとんどのマルチゾーン室外ユニットは、最大容量の約 3 分の 1 まで調整できます。 熱を必要とするヘッドが室外機の最小出力を処理できない場合、システムは他のヘッドから冷媒を流出させ、それらのゾーンで不要な加熱または冷却を引き起こす可能性があります。 また、オンとオフを繰り返し、余分なノイズ、効率の低下、システムの摩耗につながる可能性もあります。

この問題を回避する 1 つの方法は、マルチゾーン システムではなく、複数のシングルゾーン ヒート ポンプ (「1 対 1」) を使用することです。 シングルゾーン ヒート ポンプは通常、マルチゾーン システムよりもはるかに低い調整が可能です。 この問題は、ダクト付きエアハンドラーを使用して部屋のグループにサービスを提供することによっても解決できます。 たとえば、寝室が 3 つある家で、すべての寝室が同じ一般エリアにある場合、それぞれが独自のヘッドを持たずに、コンパクトな空調装置を共有できます。 すべての寝室に冷暖房を提供するエアハンドラーは、室外機の最小出力をより適切に処理できます。

不適切に設計されたマルチゾーン システムには、効率の損失やノイズなどの問題もあります。 マルチゾーンの室外機を中心に家全体のソリューションを設計するのは誘惑に駆られますが、私は常に他のオプションを検討するようにしています。

冷媒の漏れは、ダクトレス ヒート ポンプ システムのコールバックの最も一般的な原因の 1 つです。 それらは、暖房や冷房が不十分であるという苦情、エラー コードや断続的なロックアウト、屋内または屋外のコイルの凍結、高額な光熱費など、さまざまな形で現れます。 冷媒漏れを放置すると、機器の寿命が大幅に短くなる可能性があります。 これらは深刻な環境問題でもあります。 一般的な冷媒の地球温暖化係数は CO2 の数千倍です。 漏れの可能性があるシステムに冷媒を追加する前に、設置業者が冷媒配管がしっかりしていることを確認するために使用できる 4 つのテストがあります。 これらのテストにはそれぞれ長所と限界があります。 4 つを組み合わせると、ほとんどすべての大きな漏れと多くの小さな漏れを捕らえることができます。

徹底したテストのインストールにかかる余分な時間は、コールバックを回避することで十分に補えます。 ヒートポンププロジェクトに携わるゼネコン、プロジェクトマネージャー、消費者は、工事が快適性、耐久性、環境管理の基準を満たしていることを確認するために、これらのテストと合格結果の文書化を強く主張する必要があります。

1. 立圧試験ラインセットに高圧窒素を充填する必要があります。 このテストは大きな漏れを捕捉するのに適していますが、その感度はテスト時間 (通常 45 分から 24 時間)、屋外温度の変化によって引き起こされる圧力変動、およびゲージの分解能によって制限されます。 ここに示されているのはアナログ圧力計で、約 1 psi 以内で読み取ることができます。

2. バブルテストシステムに圧力がかかっている状態で行われるため、常圧テストよりも小さな漏れに対して敏感です。 気泡テストでは、承認された漏れテスト溶液がフレアにスプレーまたは軽くたたき付けられます。 約 10 分後に泡が発生した場合は、漏れが存在することを意味し、フレアをやり直す必要があります。

3. 真空減衰テストラインセットに冷媒を充填する直前に行われます。 この時点で、ラインセットはポンプで真空引きされ、空気と水分が除去されます。 真空レベルは高感度のミクロンゲージで測定されます。 このテストに合格するには、ポンプがオフになった後もシステムが高真空を維持する必要があります。

4.最終テストは次の方法で行われます。電子冷媒漏洩検知器 。 冷媒がシステム内に放出されると、漏れ検出器がフレアやその他の取り付け具の上を通過します。 これは、現場にいる間に漏れを発見する最後のチャンスとなります。 また、他の方法ではテストできないサービスバルブやアクセスポートなどのコンポーネントもチェックします。

最新の寒冷地用ヒートポンプには、高度な電子機器が搭載されています。 同社のボードには、交流を可変周波数の直流信号に変換する電力制御回路が組み込まれており、加熱または冷却の需要に応じてコンプレッサーを加速または減速できます。 また、センサーとマイクロプロセッサーは、コンプレッサー、屋内および屋外のファン、冷媒計量バルブの動作を調整し、屋内および屋外の幅広い条件にわたってシステムを最適化します。

これらのマイクロプロセッサと回路基板は、寒冷地でのヒートポンプの動作に非常に重要であり、アキレス腱でもあります。 電子機器は、単一の壊滅的な出来事、または一連の低レベルのサージによって段階的に発生する電力サージによって損傷または破壊される可能性があります。 損傷によりシステムが動作不能になる可能性があります。 焼き上がった回路基板は修復できません。 交換する必要があります。

幸いなことに、ヒートポンプ システムにサージ保護を追加するのは簡単かつ安価です。 サージプロテクターは、電流をアプライアンスから地面に分流することによって機能します。 HVAC サージ プロテクターは通常、屋外の切断線に取り付けられます。 回路への電力がパネルで遮断された状態で、断路が開かれ、ノックアウトが底部または側面から取り外されます。 サージプロテクターのワイヤーとネジ付きニップルはノックアウトを通して供給され、デバイスはロックナットで固定されます。 2 本の黒いワイヤは入力線に接続され、緑色のワイヤはアース線に接続されます。 断路が閉じられ、回路が再通電されます。 プロセス全体には 15 分もかかりません。

新規設置の一環としてサージ保護を追加すると、初期費用が若干かかりますが、将来的により大きな問題が発生するのを防ぐことができます。 また、一度設置すると、サージプロテクターは基本的にメンテナンス不要です。 住宅所有者には、インジケータ LED を監視してデバイスがまだアクティブであることを確認し、LED が切れた場合は交換を求めるよう指示する必要があります。 サービス技術者は、予防保守の一環としてサージプロテクターもチェックする必要があります。 機器への損傷を避けるため、摩耗したサージプロテクターは速やかに交換してください。

一般的ですが簡単に解決できるダクトレス コールバックは、フィルターの詰まりが原因で発生します。 これは通常、加熱または冷却が不十分であるという症状として現れます。 ダクトレス システムが高い効率定格を達成する方法の 1 つは、ファンのエネルギーを最小限に抑えることです。 低電力ファンの欠点は、空気の流れに対する大きな抵抗を克服できないことです。 ダクトレスフィルターは目の粗いプラスチックメッシュでできています。 きれいにすると、空気が自由に流れるようになります。 しかし、ペットの毛、クモの巣、その他の家庭内の塵が簡単に詰まる可能性があります。 また、屋内コイル全体に良好な流れがないと、ダクトレス ヘッドの加熱と冷却の能力が失われます。

ダクトレスフィルターの掃除には約 10 分かかります。 私は小さなブラシが付いている手持ち掃除機の方が好きです。 フィルターの掃除が必要な頻度は、ほこりの量、特に脱皮するペットの数と大きさによって異なります。 一部の家庭では、フィルターを 2 ～ 3 週間ごとに掃除する必要があります。 2 か月ごとで十分な場合もあります。

毎年のサービス訪問までの間、お客様が確実にフィルターをきれいに保つためには、お客様への教育を強化する必要があります。 お客様に運用とメンテナンスを段階的に進めてもらう時間を確保することが重要です。 フィルターを掃除する必要があるとは言わないでください。 彼らに実践的なデモンストレーションをしてもらいます。

ダクトレス ヒート ポンプの設置規模の拡大を目指す場合、コールバックの防止が重要です。 コールバックは費用がかかり、請負業者にとっては気が滅入るものであり、住宅所有者にとっては動揺するものです。 吸収すべき情報はたくさんあるので、操作、フィルターの掃除、年間サービス、保証範囲などの重要なポイントを網羅した 1 ページのガイドをお客様に提供したいと考えています。 顧客に教育し、システム設計とインストールの重要な詳細に細心の注意を払うことで、最も一般的なコールバックの一部を回避できます。

—Jon Harrod は、ニューヨーク州イサカを拠点とする作家、HVAC プロジェクト マネージャー、建築科学コンサルタントです。

ロドニー・ディアスによる写真。

素敵な家づくり#314より

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シングルミニスプリットユニットを14台設置しました。 乾燥窒素を使用して 400 ～ 500 PSI (製造指示に応じて) で圧力テストを行ったにもかかわらず、2 台のユニットで後でフレアフィッティング部分から漏れが発生したため、Rectorseal フレアリング シールを使用し始めました。 (フレアフィッティングにトルクレンチを使えば問題は起こらないかもしれません)

三菱 (およびその他) は、設置中の 3 重の避難を指定しています。 ここでシステムを乾燥窒素で加圧し、真空ポンプを取り付けて窒素を放出し、約 1 時間その後このプロセスをさらに 2 回繰り返します。 正確な圧力は取り付け説明書に記載されています。(窒素で加圧した場合の漏れチェック)