Ръководство за четене
Термопомпите са много популярни напоследък, особено в Европа, където някои страни работят за забрана на инсталирането на печки и бойлери на изкопаеми горива в полза на по-екологични варианти, включително енергийно ефективни термопомпи. (Пещите загряват въздух и го разпределят по тръби в цялата къща, докато бойлерите загряват вода, за да осигурят топла вода или парно отопление.) Тази година правителството на САЩ започна да предлага данъчни стимули за инсталиране на термопомпи, които обикновено струват повече първоначално от традиционните пещи, но са много по-ефективни в дългосрочен план.
В областта на превозните средства с нова енергия, тъй като капацитетът на батериите е ограничен, това също е накарало индустрията да се обърне към термопомпите. Така че може би е време бързо да научим какво означават термопомпите и какво правят.
Кой е най-разпространеният вид термопомпа?
Предвид скорошния шум, може да се изненадате да научите, че вече използватетермопомпа- вероятно имате повече от един в дома си и повече от един в колата си. Просто не ги наричате термопомпи: използвате термините „хладилник“ или „климатик“.
Всъщност тези машини са термопомпи, което означава, че преместват топлината от относително студено място към относително горещо. Топлината тече спонтанно от топло към студено. Но ако искате да я превърнете от студено в топло, трябва да я „изпомпате“. Най-добрата аналогия тук е водата, която тече сама надолу по хълма, но трябва да се изпомпа нагоре по хълма.
Когато изпомпвате топлината, съдържаща се в някакъв вид хладилен резервоар (въздух, вода и др.), към топлия резервоар, хладилният резервоар става по-студен, а топлият резервоар се нагрява. Всъщност това е предназначението на вашия хладилник или климатик - той премества топлината от мястото, където не е необходима, някъде другаде и не ви е грижа, ако хабите малко допълнителна топлина.
Как да си направим практичен чилър с термопомпа?
Ключовото прозрение, което доведе дотермопомпи се появява в началото на 19 век, когато редица изобретатели, включително Джейкъб Пъркинс, осъзнават, че могат да охлаждат нещо по този начин, без да се хабят летливите течности, които се изпаряват за постигане на охлаждането. Вместо да се изпускат тези пари в атмосферата, твърдят те, би било по-добре да се събират, кондензират в течност и тази течност да се използва повторно като охлаждаща течност.
За това са предназначени хладилниците и климатиците. Те изпаряват течни хладилни агенти и използват студените пари, за да абсорбират топлина от вътрешността на хладилника или колата. След това компресират газа, който кондензира обратно в течна форма. Тази течност сега е по-гореща, отколкото е била в началото, така че част от топлината, която задържа, може лесно (евентуално с помощта на вентилатор) да се разпространи в околната среда - независимо дали е навън или другаде в кухнята.
Въпреки това: Вие сте много добре запознати с термопомпите; просто продължавате да ги наричате климатици и хладилници.
Сега нека направим още един мисловен експеримент. Ако имате климатик за прозорец, можете дори да го направите като истински експеримент. Инсталирайте го обратно. Тоест, инсталирайте контролите му извън прозореца. Направете това в хладно и сухо време. Какво ще се случи?
Както може да се очаква, то духа студен въздух в задния ви двор и отделя топлина в дома ви. Така че все още пренася топлина, правейки дома ви по-комфортен, като го отоплява. Разбира се, то охлажда въздуха навън, но този ефект става минимален, след като сте далеч от прозорците.
Вече имате термопомпа за отопление на дома си. Може би не е най-добрататермопомпа, но ще работи. Нещо повече, когато дойде лятото, можете да го обърнете с главата надолу и да го използвате като климатик.
Разбира се, не правете това. Ако опитате, несъмнено ще се повреди първия път, когато завали и в контролера попадне вода. Вместо това можете да си купите търговска термопомпа „въздух-вода“, която използва същия принцип за отопление на дома ви.
Проблемът, разбира се, е, че водката е скъпа и бързо ще ви свърши, за да охладите виното. Дори и да замените водката с по-евтин спирт, скоро ще се оплаквате от разходите.
Някои от тези устройства имат така наречените реверсивни клапани, които позволяват на едно и също устройство да изпълнява двойна роля: те могат да изпомпват топлина отвън навътре или отвътре навън, осигурявайки както отопление, така и климатизация, както е описано по-долу.
Защо термопомпите са по-ефективни от електрическите отоплителни уреди?
Термопомпите са по-ефективни от електрическите отоплителни уреди, защото не се нуждаят от електричество за генериране на топлина. Електричеството, използвано от...термопомпагенерира известна топлина, но по-важното е, че изпомпва топлина отвън във вашия дом. Съотношението на топлината, отделена в дома, към енергията, изпратена към електрическия компресор, се нарича коефициент на преобразуване или COP.
Един обикновен електрически отоплителен уред, който осигурява цялата топлина, генерирана от електрическия нагревателен елемент, има COP от 1. От друга страна, COP на термопомпа може да бъде с порядък по-висок.
COP на термопомпата обаче не е фиксирана стойност. Той е обратнопропорционален на температурната разлика между двата резервоара, в които се изпомпва топлина. Въпреки това, ако изпомпвате топлина от не твърде студен резервоар към не твърде гореща сграда, COP ще бъде голяма стойност, което означава, че вашата термопомпа е много ефективна при използването на електричество. Но ако се опитате да изпомпвате топлина от изключително студен резервоар към вече топла сграда, стойността на COP се намалява, което означава, че ефективността страда.
Резултатът е това, което интуитивно очаквате: най-добре е да използвате най-топлото нещо, което можете да намерите, като външен резервоар за топлина.
Термопомпите въздух-вода, които използват външния въздух като резервоар на топлина, са най-лошият вариант в това отношение, защото външният въздух е много студен през зимния отоплителен сезон. Още по-добри са геотермалните термопомпите (известни също като геотермални термопомпи), защото дори през зимата земята на средна дълбочина е все още доста топла.
Кой е най-добрият източник на топлина за термопомпи?
Проблемът с наземния източниктермопомпие, че ви е необходим начин да получите достъп до този заровен резервоар на топлина. Ако имате достатъчно място около дома си, можете да изкопаете канавки и да заровите няколко тръби на разумна дълбочина, например няколко метра. След това можете да циркулирате течност (обикновено смес от вода и антифриз) през тези тръби, за да абсорбирате топлината от земята. Като алтернатива, можете да пробиете дълбоки дупки в земята и да монтирате тръби вертикално в тези дупки. Всичко това обаче ще бъде скъпо.
Друга стратегия, достъпна за малцина късметлии, е да извличат топлина от близък воден басейн чрез потапяне на тръба във водата на определена дълбочина. Те се наричат термопомпи вода-вода. Някои термопомпи използват по-необичайната стратегия за извличане на топлина от въздуха, напускащ сградата, или от слънчева топла вода.
В много студен климат е разумно да се инсталира геотермална термопомпа, ако е възможно. Вероятно затова повечето термопомпи в Швеция (която има един от най-високите брой термопомпи на глава от населението) са от този тип. Но дори Швеция има голям процент термопомпи въздух-вода, което опровергава общоприетото твърдение (поне в Съединените щати), че термопомпите са подходящи само за отопление на домове в мек климат.
Така че, където и да сте, ако можете да си позволите по-високите първоначални разходи, следващия път, когато се изправите пред решение как да отоплявате дома си, помислете за използването на термопомпа вместо традиционна печка или котел.
Време на публикуване: 19 октомври 2023 г.