Всичко за термопомпата

Termocasa

Термопомпата е от началото на века. XX, с изобретяването на хладилника.

Поредица от явления и закони на физиката се конкурират в основата на работата на термопомпата: Вторият принцип на термодинамиката: „Топлината никога не може да премине сама от тяло с по-ниска температура към тяло с по-висока температура“ (изявление на Клаузиус), както и откритието на физика Уат: компресиран газ отделя топлина и обратно, разширен - поглъща топлина.

Защо се интересуваме от термопомпата?

В постоянно търсене на най-добрите решения за производство на енергия, в тази статия анализираме термопомпата във всичките й варианти.

Всички усилия на специалистите да намерят незамърсяващи или поне малко замърсяващи топлинни ресурси и преминаването към масовото им използване за отопление на жилища, насочиха вниманието към внедряването на топлообмен и появата на все по-популярната термопомпа. Поради своята ефективност и използването на по-малко замърсяващи ресурси в сравнение с други системи за отопление или охлаждане, термопомпата е едно от предпочитаните решения като алтернативна инсталационна система за проекти, къщи или сгради с почти нулево потребление и в зависимост от ситуацията на местоположението се използва за активна къща.

Какво е термопомпа?

С няколко думи можем да кажем, че термопомпата привлича и пренася топлина от един от източниците, за които е предназначена (независимо дали става дума за земя, вода или въздух) и с помощта на компресор, точно на принципа на хладилника, повишава температурата на хладилен агент с много ниска точка на кипене (някъде около -2°C), пренасяйки температурата на топлинния агент, който циркулира през отоплителната инсталация, независимо от системата, към използваните статични тела (нагреватели, под, вентилация и др.). Термопомпата се характеризира много просто с режима си на работа, който е много близък до този на хладилниците с компресор: сгъстен газ отделя топлина, а в обратна посока, разширен газ абсорбира топлина.

Как работи термопомпата

Термопомпата се нуждае от постоянен източник на електроенергия. Задължително е свързването към постоянен източник, ако е възможно към обществената мрежа, ако не, за предпочитане, поради ниската консумация, към система от соларни фотоволтаични панели или защо не към вятърни турбини, алтернативни системи и др. Електрическият източник ще захранва компресора, който компресира охлаждащата течност, за да достигне температурата, използвана за отопление и подготовка на битова гореща вода. Когато парите на хладилния агент достигнат до кондензатора в термопомпата, те ще бъдат заобиколени от топлина. Температурата на нагревателния агент е по-ниска от температурата на охлаждащия агент в състояние на пара, така че парата ще се охлади и кондензира. В този момент топлината се поема от изпарителя, включително топлината, генерирана по време на процеса на компресия, значително количество от която се освобождава в кондензатора и се предава на топлинния агент под формата на полезна енергия за отопление. След това трансферният агент се връща в изпарителя с помощта на разширителен вентил през повечето време. Така хладилният агент преминава от високото налягане на кондензатора към ниското налягане на изпарителя. С влизането в изпарителя тук отново се достигат стойностите, установени в началото на процеса, и веригата се затваря.

Хладилниците, както и климатиците, са класически примери за термопомпи, които вече съществуват в домакинствата и работят само в режим на охлаждане. Хладилникът всъщност е просто добре изолирана кутия с термопомпена система, свързана към нея. Намотката на изпарителя се намира вътре и обикновено се намира в отделението, използвано за замразяване. Топлината се абсорбира от фризера и се изпраща навън, обикновено зад или под модула, където се намира кондензаторната намотка. Климатик, който пренася топлината от вътрешността на къщата навън, работи по почти подобен начин. Така че имаме термопомпената система в домовете си от известно време, но тя не е била използвана и в двете посоки.

Термопомпата може да се използва без наличието или поддръжката на други източници на топлина.

По критерия на работа срещаме термопомпи с режим

Моновалентен: термопомпата е единственият източник на отопление – тя използва електричество от обществената мрежа или други източници за работа на компресора
Двувалентен - паралелен: може да се монтира и използва паралелно с термопомпата и друг топлоизточник; когато паралелният източник на топлина е електричество, системата се нарича двувалентна - моноенергийна паралелна
Бивалентен - алтернативен: термопомпата работи алтернативно с друг източник на топлина;
Бивалентен – частичен – паралелен: термопомпата работи паралелно или алтернативно с друг източник на топлина.

Термопомпата има напълно реверсивен цикъл и може да осигури контрол върху вътрешната среда за отопление през зимата и охлаждане или изсушаване, ако е необходимо, през лятото. Тъй като земята или въздухът навън винаги съдържат топлина, защо да не използвате термопомпа за отопление и охлаждане на къщата? Един от принципите, използвани в термопомпата, е, че въздухът при температура -18°C съдържа приблизително 85% от енергията, която съдържа при 21°C.

Какви са видовете термопомпи?

Има два основни вида термопомпи, наречени според използваната система

Компресионна термопомпа, която винаги работи с механична енергия чрез електрическа енергия
Абсорбционна термопомпа, която може да работи и с топлина като източник на енергия (чрез електричество или горива).

Редица източници са използвани като източници на топлина за отопление.

Въздушна термопомпа (извлича топлина от външния въздух)

термопомпа въздух-въздух (пренася топлинната енергия на вътрешния въздух)
термопомпа въздух-вода (пренася топлинна енергия към резервоар за вода)

Геотермална термопомпа (извлича топлина от земята или подобни източници)

геотермална въздушна термопомпа (пренася топлинна енергия във въздуха в помещенията)
термопомпа земя-въздух (земята е източник на топлина)
термопомпа камък-въздух (камъкът е източник на топлина)
термопомпа вода-въздух (вода като източник на топлина)

Термопомпа за геотермална вода (предава топлина към воден резервоар)

термопомпа подземна вода (земята е източник на топлина)
термопомпа камък-вода (камъкът е източникът на топлина)
термопомпа вода-вода (водно тяло като източник на топлина)

Термопомпи почва-вода

Разтворът против замръзване, наречен гликол, циркулира през кръга от тръби, заровени в земята на източника на топлина, и отнема топлината на земята посредством хоризонтален или вертикален топлообменник. Тази топлина се прехвърля към отоплителната система на къщата с помощта на компресор и се транспортира до кондензатора. В кондензатора водата от топлопреносната система включва топлината, абсорбирана в изпарителя, и се доставя с енергия към компресора.

В зависимост от това как са разположени колекторите, различаваме няколко вида термопомпи с колектори:

плоски: имат система от колектори в различни форми (U или спирали), заровени на средна дълбочина 1-2m. Това е икономическа система с голяма ефективност, но не може да бъде погребана в никаква почва и се нуждае от разширение почти двойно на обитаемата площ.
на дълбочина: състоят се от сонди, монтирани на дълбочина 50-100m и имат много висока ефективност. Разходите за монтаж са значителни поради сондажите, които имат променливи цени между 100-300 леи / метър. Използваеми са само ако почвата позволява това.
с директно изпаряване: те имат специална верига за улавяне в допълнение към плоските и поради тази причина са по-ефективни или могат да заемат по-малки пространства.

Термопомпи вода-вода

Топлината от изпомпвани подпочвени или повърхностни води се използва за пренос на топлина, транспортирана през компресора до кондензатора. Веднъж там се използва помпената система почва-вода. Това са най-ефективните, използващи топлина от геотермални източници с температури над 8 градуса по Целзий, но и най-трудните за използване както поради наличието на ресурса, така и поради законовите разпоредби за неговия добив. Термопомпата вода-вода има особено важна роля в индустрията или при максималното използване на геотермалните извори. Отпадъчни води или геотермални води с темп. могат успешно да се използват максимуми от 28-30ºC. В случай на геотермални води, източникът може да бъде умножен чрез използване на няколко PDC в каскада. Очевидно качеството на водата ще бъде взето под внимание, това препятствие може да се избегне чрез използване на подходящи топлообменници (антикорозионни).

Термопомпата вода-вода може да се използва и за използване на вода от езера, реки, тунелни води, язовири (които имат температури >8ºC). Системата вода-вода се нарича още система за улавяне с отворен цикъл. Скоростта на водния поток през изпарителя не трябва да надвишава 0,8 m/s. Този тип термопомпа може да постигне най-висок COP от всички видове, които имаме предвид. Такава система вода-вода лесно може да достигне COP=5 и дори да го надхвърли, ако е добре направена и правилно оразмерена. Той може също така да осигури впечатляващи мощности, достигащи хиляди kW, на едно устройство или чрез свързване на няколко по-малки мощности. Засега обаче, поне в Европа, това не е най-разпространената термопомпа. Причините са няколко: качеството на водата трябва практически да отговаря на качеството на питейната вода; водата, извлечена от фреатните слоеве, трябва да се инжектира отново в почвата (инжекционният кладенец трябва да бъде разположен най-малко 15 m надолу по течението от посоката на водния поток в подземните води) за всеки инсталиран топлинен kW, минимален воден обем от 160 литра/ изисква се час, т.е. 0,16 mc/час (при мин. 8ºC), като дебитът трябва да се осигурява през цялото време от екстракционния кладенец; в ЕС има много строги разпоредби по отношение на този вид сондиране.

Термопомпи въздух-вода

Топлината от външния въздух, подаден с вентилатор или въздух от вентилационната система, се транспортира през изпарителя към топлоносителя и след това през компресора към кондензатора. Тази система за пренос на топлина се състои от течен кръг, използван за отопление на дома и/или за производство на битова гореща вода. Тези системи не са много ефективни, в сегашния си вариант термопомпите вода-вода имат най-нисък коефициент на полезно действие, така че и цената е по-ниска. Тези помпи не могат да работят моновалентно при температури под 15 градуса по Целзий.

Термопомпи въздух-въздух

Топлината от външния въздух, доставян с вентилатор или въздух от вентилационната система, се доставя през изпарителя към топлоносителя и се транспортира през компресора до кондензатора. Топлопреносната система се състои от система от въздуховоди или специфични устройства, използвани за отопление на сградата. Те се използват в редки случаи, в отоплителни системи, поради ниската ефективност на топлинния агент въздух (системите, известни като "климатик", всъщност са термопомпи въздух-въздух и техният COP е под 3).

Термопомпи с топлообменници Ultraflex

Системата Ultraflex вече няма междинен топлообменник, какъвто се намира в повечето термопомпи на пазара, поради което системата има много висок COP в сравнение с останалите термопомпи, значително повишена надеждност и много дълги експлоатационни и гаранционни срокове, удължени, и покупната им цена е много атрактивна. Въпреки това, той има изключително широка вариация на мощността (такива системи в момента не са ограничени по отношение на мощността и предлагат несравнима производителност).

размерите на обекта, който ще се отоплява (обитаемата и отопляема повърхност, средната височина на помещенията). Наличното (незастроено) пространство около обекта;
географската област, в която се намира целта;
възможностите за инсталиране на други отоплителни системи (газ, течно гориво, втечнен газ и др.);
възможностите на място за капитализиране на "студения източник" (вода, въздух, почва);
наличието на други източници на отопление (за установяване на режима на работа на термопомпата);
условия на електроснабдяване (еднофазна или трифазна мрежа, максимална допустима електрическа мощност на електрическата връзка).

Колко струва термопомпата?

Без съмнение цената за използване на термопомпена отоплителна система е значително по-ниска от тази на класическата отоплителна система. Разликата идва от потреблението на 1kw електрическа мощност към термопомпата се трансформира или може да произведе 3 – 5 kw топлинна мощност. Много добро съотношение в сравнение с други класически решения. Енергийната ефективност, наблюдавана при термопомпата, се дава от COP и се определя като съотношението между количеството топлина, отстранено от кондензатора, и електрическата енергия, консумирана от компресора. От гледна точка на опазването на околната среда, в сравнение с термопомпата, но и предвид комфорта на използване, можем да кажем, че остатъците, които остават при отопление с твърди горива, не са никак за пренебрегване, нито перспективата за тяхното постоянно и прогнозирано поскъпване на природен газ, горива течности или електричество.

В различни програми за насърчаване на отговорното потребление като "Casa Verde", собствениците, които са оборудвали домовете си със система, базирана на термопомпа, могат да се възползват от финансиране от държавата, като последният път беше 8000 леи. Разходите, свързани с инсталирането или въвеждането в експлоатация на системата, както и данъкът върху добавената стойност, ДДС на тези разходи, също бяха допустими за уреждане.

Цената на термопомпата тип Sol-Air варира между 2400 евро за мощност от приблизително 7,5 Kw и може да достигне до 12.000 50 евро за тези с приблизително 280 Kw. Може да се вземе предвид цена от приблизително XNUMX евро / Kw в зависимост от необходимостта и повърхността, която се желае да се отоплява.

Цената на термопомпата вода-вода е средна спрямо другите термопомпи и е между 1900 евро за малките 6 Kw и може да достигне до 15.000 50 евро за 260 Kw. Може да се вземе предвид цена от приблизително XNUMX евро / Kw в зависимост от необходимостта и повърхността, която се желае да се отоплява.

Цената на термопомпата въздух-вода е най-ниската в сравнение с другите термопомпени системи и варира от 2100 евро / 6 Kw до 9000 евро за 35 Kw. Може да се вземе предвид цена от приблизително 240 евро / Kw в зависимост от необходимостта и повърхността, която трябва да се отоплява.

Други важни наблюдения

Според европейските стандарти, изчисляването на необходимото топлинно натоварване е свързано с квадратен метър повърхност, [W/m²], като се вземе предвид максималната височина на помещението H=3m (типична височина на повечето помещения – в нетипични случаи ще бъдат направени необходимите корекции).

Например, ако една сграда има топлинни изисквания от 50W/m² и обитаема повърхност, която трябва да се отоплява от 350m² (H=3m), топлинната мощност на топлинната централа (независимо от нейния тип) ще бъде 250mpx50W/m² = 12500W=12.5kW . (Височината се посочва само в нетипични случаи).

Правилното оразмеряване на помпата е от съществено значение за нейния експлоатационен живот. Голямата термопомпа освен, че е по-скъпа, има неправилен режим на работа с по-чести пускания и спирания. Малоразмерна термопомпа, работи по-дълго и с малки прекъсвания. Въпреки това, за предпочитане е, ако няма алтернатива, помпата да бъде по-малка (в определени граници), отколкото да се увеличава.

За къща с 200 квадратни метра полезна площ, където е достатъчна термопомпа земя-въздух от 8-10 Kw, общата цена е около 60.000 XNUMX леи и варира в зависимост от избраната марка.

Поради сравнително високата цена на термопомпите е неикономично да се отопляват лошо изолирани помещения, изискващи високи топлинни мощности. За предпочитане е сградата да се изолира, отколкото да се увеличи мощността на източника на отопление. При определяне на мощността на реверсивна термопомпа се взема предвид охладителната мощност (EER). Мощността на охлаждане винаги е по-голяма от мощността на отопление.

Например, нормите DIN 4701 по отношение на условията, на които трябва да отговарят отопляемите сгради в Германия, в своето развитие са:

45-60 W/m2002 нови конструкции (регулация от XNUMX г.)
50-60 W/m1995 нови конструкции (регулация от XNUMX г.)
70-90 W/m1995 конструкции, произведени преди XNUMX г
120 W/mXNUMX стари сгради, направени без никакви разпоредби

При сграда с много лоша топлоизолация инвестицията в термопомпа не е изгодна.

Термопомпени котли

В допълнение към казаното по-рано в тази статия, ние вярваме, че е важно термопомпените котли да се третират отделно поради широкия потенциал за покритие, който предлагат. Работят на принципа на термопомпите въздух-въздух, като загрятата вода се съхранява в бойлер, който образува общо тяло с термопомпата. Термопомпата въздух-въздух има максимална производителност при температура на околната среда над 15 градуса по Целзий, но може да работи и при температури от -5 градуса по Целзий. Ако мястото, където се монтира котела с термопомпата, е избрано правилно, в помещение, където има и ТЕЦ или друго оборудване, което генерира топлина, от хладилника до сървърите и т.н., оптималната работа на тези котли може да бъде осигурени с термопомпи, през цялата зима, с ниски разходи. Бойлерите са оборудвани и с електрически съпротивления за ситуации, когато е необходимо бързо загряване на водата. Друга полезна опция е, че отработеният въздушен поток може да се използва за понижаване на влажността на въздуха или за охлаждане на помещението, в което е монтиран термопомпеният котел с няколко градуса.

Източници, използвани за тази статия

Remus Rădulet и др. Румънски технически лексикон, Букурещ: Техническо издателство, 1957-1966.
Обемът на системите и оборудването на наръчника ASHRAE, ASHRAE, Inc., Атланта, Джорджия, 2004 г.
Основи на инженерната термодинамика, от Хауъл и Букиус, Макгроу-Хил, Ню Йорк
Термопомпа – пълни подробности

КОНТАКТ – РУМЪНИЯ

Str. Zorelelor, Не. 5, пощенски код – 410583, Орадя, Бихор, РУМЪНИЯ, тел. 0757010000

КОНТАКТ - СЕВЕРНА АМЕРИКА

TERMOCASA КОРПОРАЦИЯ ООД
16113 WINDHAM ROAD, CALIFORNIA 92503 USA, ТЕЛ: 001 951 785 1085 E-mail: office@termocasa.ro