За термопомпите

Как работят термопомпите!?

1. Въведение в термопомпите

Термопомпата (heat pump) е уред, който използва малко количество енергия за да пренася топлина от едно място към друго.  Обикновено термопоми се използват за да извличат топлина от въздух, вода или земя и да затоплят домове, офис сгради.  Те могат също да бъдат вклювани в обратен цикъл за да охлаждат помещенията.  Ако сте запознати с устройството и принципа на работа на климатиците, то Вие вече знаете и всичко за термопомпите, тъй като в основата си и двата вида уреди работят по един и същи начин.

  Термопомпите са уникални по рода си отоплителни системи, тъй като обединяват в себе си функциите на няколко уреда - например котел и климатик.  Следователно, използвайки добра термопомпа не е необходимо да се инсталират отделни системи за отопление и охлаждане.  Термопомпите са изключително ефективни, тъй като те "транспортират" топлина, вместо да преобразуват електрическа енергия в топлинна или да изгарят гориво за да топлят.

Въздушните термопомпи работят най-добре  в умерени климатични условия.  Някои термопомпи могад та функционират ефективно дори до -15^оС, докато други са ефективни при температури близки до 0^оС.  Преди да преминете към монтаж на термопомпа е необходимо да подберете най-подходящия тип за Вашите нужди.  Инсталиране на неправилно подбрана и оразмерена термопомпа може дори да повиши разходите, вместо да ги намали.

2. Пренос на топлина (heat transfer) и въздушни термопомпи.

   Съществуват много различни видове термопомпи, но всички те функционират на един и същи принцип, а именно преноса на топлина.  Преносът на топлина означава, че уредът пренася енергия от едно мясно към друго, вместо да преобразува един вид енергия в друг - електрическа в топлинна, химическа (горене) в топлинна и т.н.  Съгласно законите на физиката топлината се придвижва от обек с по-висока температура към обект с по-ниска температура.  Термопомпите използват малко количество енергия за да обърнат процеса, като "извличат" топлина от обекти със сравнително по-ниска температура и "напомпват" тази топлина към обекти с по-висока температура.  В термопомпата топлината се транспортира от източник на енергия (въздух, вода, земя) към консуматор на енергия (помещение в дома, офиса).

Един от най-широко разпростанените видове термопомпи е въздушна термопомпа, която извлича топлина от външния въздух и я "напомпва" в помещението посредством топлообменници с хладилен агент.  Основните компоненти на термопомпата са компресор, 2 вентилатора и хладилни топлообменници и четирипътен (реверсивен) вентил.  Както вече сте се достетили става въпрос за най-масовия модел - климатик сплит-система - щом може да топли, значи е термопомпа!

Други видове въздушни термопомпи могат да затоплят въздуха не само в едно помещение.  Това са така наречените централни термопомпи - затопления въздух се транспортира в канали (въздуховоди) до различни части на голямо помещение или до различни помещения.  Този тип се нарича канална термопомпа.

Централните термопомпите могат да затоплят освен въздух и течен топлоносите - вода или антифриз.  Тази вода или антифриз циркулират в тръби и затоплят радиатори, подово отопление или вентилаторни конвектори (всички се наричат вътрешни тела).  Вътрешните тела, от своя страна затоплят въздуха в помещението. 

Когато стана въпрос за устройството на термопомпата споменахме и четирипътен (реверсивен) вентил.  Неговата роля е да обърне (реверсира) режима на работа на термопомпата.  Вместо да напомпва енергия в помещенията, термопомпата "изпомпва" топлината от стаите и по този начин охлажда въздуха - същото, което прави и климатика.  Хладилният агент - фреона - поема топлината от топлоизточника, преминава през термопомпата и отдава абсорбираната енергия към консуматора, след което се връща отново към източника за следващ цикъл. 

3. Видове термопомпи.

Както бе споменато по-горе, термопомпите могат да бъдат много и различни видове.  По-долу ще се опитаме да направим класификация, без да претендираме за изчерпателност и завършеност на материята.

3.1 Термопомпи въздух-въздух

Този тип термопомпи пренасят енергия от въздуха (външния въздух) отново във въздух, но този път в помещение - дома, офис, магазин и т.н.  Този тип бяха разгледани подробно в прдходната точка. Към този тип термопомпи се причисляват всички битови климатизатори - сплит системи, каналните машини, касетъчните машини, руф-топ централите, климатични камери с хладилен кръг и други.

  3.2 Термопомпи въздух-вода

При този вид теромпомпи хладилния агент пренася енергия от външния въздух към така наречен "междинен топлоносител" - вода или антифриз.  Водата циркулира в тръбопроводи до разлини на брой и вид вътрешни тела - вентилаторни конвектори, радиатори, лири, подово отопление, въздухообработващи централи и др.  Вътрешните тела от своя страна предават топлината от топлоносителя към въздуха в помещението.  Този тип термопомпи се използват за затопляне и охлаждане на повече от едно помещение - апартамент, къща, офис сград и т.н.

3.3 Термопомпи вода-въздух

Термопомпите от този вид са специфични уреди.  При тях топлината се отнема от течен източник - вода или антифриз и се пренася във въздуха, който от своя страна климатизира помещението.  Могат да бъдат оприличени на внтилаторен конвектор или друг вид въздухообработващо съоръжение.  Съществената разлика е, че са оборудвани с термопомпен (хладилен) кръг - компресор, фреонов топлообменник и т.н.

  3.4 Термопомпи вода-вода

Подобно на термопомпите вода-въздух този тип машини извличат енергия от водата и я пренасят отново към вода, но този път във вътрешната отоплителна инсталация.  Тази вода циркулира по тръбопроводи до вътрешни тела - радиатори, лири, конвектори и т.н.  Източникът на вода, от който се черпи енергията може да бъде подпочвени води, дълбокоземни сондажи, водоеми като езера, реки и др. 

  3.5 Геотермопомпи

По същество геотермопомпите могат да бъдат термопомпи вода-вода.  Има разновидности, при които водата, която носи енергия циркулира в подземни серпентини и по този начин извлича земна топлина - все пак под земята температурата е сравнително постоянна през цялата година - около 12^оС 

Тези земни серпентини се наричат колектори.  Някои производители опростяват конструкцията, като вместо колектори, в които циркулира вода или антифриз използвад директно кладилен агент. 

3.6 Мултифункционални термопомпи

Както си личи от наименованието този вид термопомпи изпълняват няколко функции, освен единствено да топлят.  Те могат да се използват за охлаждане и климатизация, за изсушаване на въздуха, за затопляне на помещенията, за загряване на битова гореща вода в бойлер.  Могат, също така доста по-лесно и елементарно да се интегрират със системи от слънчеви колектори или допълнителни топлоизточници - котли и т.н.  Молтифункционалните термопомпи могат да бъдат от всеки един от по-горе изброените видове. 

3.7 Термопомпи сплит системи

Сплит системите термопомпи се състоят от 2 тела - вътрешно тяло и външно тяло.  Най-масово разпространени термопомпи сплит системи са битовите климатици, които се продават навсякъде и имат функция отопление.  Именно битовите климатици сплит системи, които отопляват през зимата са термопомпи въздух-въздух.  Сплит системи могат да бъдат и термопомпи въздух-вода.  Масово разпространеното название на вътрешните тела на този тип термопомпи е хидробокс - кутия, която затопля (или може да охлажда) водата за радиаторите и конвекторите.

3.8 Термопомпи моноблок

Термопомпите моноблок са съставени от едно единствено съоръжение.  такива термопомпи могат да бъдат въздух-въздух, въздух-вода и вода-въздух и вода-вода, както и геотермопомпите.  При тях и двата топлообменника - този който извлича енергията и този, който отдава топлината са в един корпус заедно с компресора и останалите компоненти. 

4. "ЗА" и "ПРОТИВ" термопомпите

Термопопомите могат да помогнат за намаляване на енергийните разходи за отопление, но следва да бъдат много добре пресметнати.  Неправилно подбрана термопомпа може да има негативен ефект - вместо да намали разходите - да работи с по-голяма консумация на енергия.  Това се обуславя от природата на термопомпите - те използват енергия за пренасяне на топлина.  Например при въздушните термопомпи, ако външния въздух е много студен, то в него има много малко топлина.  Използваната енергия за извличане на тази топлина може да се окаже повече, отколкото полезния ефект и в крайна сметка термопомпата да бъде по-неефективна от нормале електронагревателен уред.

Термопомпите, които пренасят топлина във вода се използват за т.нар. нискотемпературни отоплителни инсталации.  Много хора обичат силно излъчване на топлина от радиаторите или другите отоплителни тела.  Това е невъзможно с термопомпите и поради тази причина радиаторните отоплителни тела са с почти двойни размери.

Важно е да се знае при термопомпите вода-вода, че освен консумацията на електричество от компресора за извършване на термопомпения цикъл, сериозен консуматор на енергия може да се окаже и циркулационната помпа.  Това важи в особена сила за сондажните помпи за големи дълбичини.  В много случаи, консумираната от сондажната помпа енергия надвишава значително консумираната от смата термопомпа енергия.  Много търговци заблуждават, че коефицента на трансформация (COP) на геотермопомпите и термопомпите вода-вода може да надвиши 5 и да достигне до 6-7-8.  Това е така, ако се вземе предвид единствено консумацията на компресора на самата термопомпа.  Ето един прост пример:

  Термопомпа вода-вода консумира 2 кВт електроенергия за да изплече и транспортира 9 кВт топлина от сондаж.  Това ще рече, че коефицента на трансформация COP се равнява на 4,5.  Но за да извлече енергията от сондажа е необходимо да работи и потопяема сондажна помпа, която консумира около 1,5 кВт електроенергия.  По този начин общата консумация се повишава до 3,5 кВт и COP намалява до 2,6.

Да не забравяме и помпата на вътрешната отоплителна инсталация, която осигурява циркулацията на топлата вода до консуматорите - да речем още 0,5 кВт.

 

 Крайната равносметка е 4 кВт консумирана енергия срещу 9 кВт извлечена и транспортирана енергия или коефицент на преобразуване от 2,25

  Важно е да се знае за термопомпите (независимо от кой тип), е че всички те имат компресор!  Компресорът може да се окаже сериозен източник на шум и вибрации, затова мястото, където ще се инсталира термопомпата трябва да бъде добре подбрано. 

  5. От какво да се интересуваме при избора на термопомпена система?

Основната причина за избор на термопомпа за отопление е тяхната ефективност.  В океана от прдлагани видове и модели е важно да се знаят основните критерии за избор на термопомпа.  Както споменахме по-горе, неправилно подбраната термпомпа може да се окаже не само неефективна, но и да създава проблеми.  Част от коефицентите, които се използват за оценяване на ефективността на дадена термопомпа са COP, EER и SEER.  Първите 2 коефицента показват енергийната ефективност на термопомпата при една единствена конкретна ситуация:  например при +5^оС външна температура и 45^оС температура на водата.  По-обективният коефицент е SEER (Seasonal Energy Efficiency Rating) - покзава енергйната ефективност за целия отоплителен сезон, като се вземат предвид частичните натоварвания, циклите на обезскрежаване и др.  За ефективна термопомпа се счита такава със SEER 14-18.  Стойности над 18 могат да се считат за нереални.

За постигане на висок SEER от значение са възможностите на термопомпата за работа в ненатоварен режим (PARTIAL LOAD)  - в повечето случаи, термопомпата се изчислява така, че да може да поеме топлинните нужди при екстремални условия.  Тези условия са само част от отоплителния сезон.  През повече от времето термопомпата работи натоварена на около 60%.  Възможностите за работа именно в ненатоварен режим могат да донесат по-големи икономии.  В този смисъл инверторните термопомпи могат да постигнат доста по-високи резултати.

Друг компонент, оказващ влияние не само върху ефективността на термопомпите, но и на цялостното им функциониране е компресора.  Компресорите могат да бъдат бутални, ротационни, и скрол (има и други видове, но се използват в индустриалните приложения).  Буталните компресори са с най-ниска ефективност и най-шумни, за разлика от скрол (SCROLL) компресорите, които са с най-висока ефективност и ниски нива на шум.  Различните типове компресори обуславят и различната цена на термопомпите.

  Една термопомпа е толкова по-ефективна, колкото повече енергия транспортира.  Има разновидности на термопомпи, които освен за отопление и охлаждане, могат да транспортират енергия за производство на БГВ (Битова гореща вода), да бъдат интегрирани със соларна инсталация и т.н.

Тъй катот термопомпите транспортират топлина, то в охлаждащ режим топлината от помещенията се транспортира в атмосферата или се изхвърля в сондажи.  Съществуват термопомпи, които вместо да изхвърлят топлината я оползотворяват за затопляне на  БГВ (Битова гореща вода). Този тип термопомпи са едни от най-ефективните на пазара, но и с най-висока цена.

  6. Наистина ли термопомпите пестят толкова много пари?

  Стойността на една термопомпена инсталация се формира от няколко фактора.  Сумата за закупуване и монтаж е само една компонента.  Другите са консумация на енергия и екплоатационни разходи за поддръжка.  Като правило по-скъпите модели от реномирани производители имат по-висока ефективност и по-малко експлоатационни разходи.

При изграждане на цялостна термопомпена инсталация би следвало да се вземат в предвид всички консуматори на енергия, които участват в нея за да може да се направи обективно сравнение.

Широко разпространените твърдения, че термопомпата може да бъде над 2 пъти по-ефективна от електрическо отопление, да речем, са подвеждащи.  Тази ефективност се цитира на база на COP коефицент, който обаче отчита моментна ефективност.  Не се взимат в предвид циклите за обезскрежаване, които при по-студени условия могат да бъдат на всеки 45 мин за по 15 мин, което е чисти 25% загуби.

Най-реалистична би могло да бъде определена ефективност на термопомпите спрямо електричеството от 30%-40%, като се вземат в предвид всички фактори и климатични условия.

7. Поддържане и сервиз на термопомпите.

  Термопомпите, независимо от типа и модела са сложни машини.  Всяка сложна машина изисква определени дейностти по поддръжка за удължаване на полезния им живот.  Масовоприлаганата "профилактика", при която "се замерва фреона" или редовното дозареждане са чиста проба измама.  Всички масови термопомпи са херметични системи.  При правилно извършен монтаж не би трябвало да има течове и необходимост от замерввания и дозареждания.

Важните дейности по поддръжката са редовнотото почистване на филтрите (въздушни и водни), почистване на топлообменниците от прах и налепи, следене за нетипични  шумове в движещите се елементи (вентилатори, помпи) в следсвие от рабити лагери.

Поддръжката на термопомпите може да се извършва от клиента, но винаги е по-добро решение инспекция от професионалисти, като цената на тези услуги е по джоба на всеки, който си е позволил термопомпа.

8. Източници на информация: