Какво е термопомпа?
Термопомпите са екологично чисти компактни устройства, които позволяват да се извлича топлинна енергия от природата за отопление и топло водоснабдяване, пренасяйки я към място с по-висока температура. Енергийни източници могат да бъдат почвата, земните недра, подпочвената вода, повърхностните води, въздуха и т.н. В зависимост то това откъде черпят енергия и накъде я насочват, термопомпите могат да бъдат въздух-въздух, въздух-вода, вода-въздух, вода-вода, земя-въздух, земя-вода. Термопомпите тип въздух-въздух са добре познатите домашни климатици, които извличат студа (или топлината) от въздуха отвън и изстудяват (или затоплят) въздуха в стаята. Температурата на въздуха обаче се изменя в голям диапазон, като достига и до отрицателни стойности. Такава климатична ситуация намалява ефективността на термопомпата значително. Изменението на външната температура например от 7оС до -10оС снижава ефективността й 1,5-2 пъти. В тази статия обаче разглеждаме земносвързаните термопомпи, чиито източници на топлинна енергия имат относително постоянна температура.
Принцип на работа
Термопомпените системи са снабдени с циркулационни помпи – както за контура на работната течност, така и за водния контур на системата за отопление. За оптимална работа те разполагат с автоматизирана система за управление. С помощта на датчици температурата в системата се настройва според изменението на външната температура. През зимата термопомпата работи като котел, а през лятото – като климатик. Снабдена е с колектори, в които топлоносителят се движи и отнема или отдава топлината на енергийния източник (вода, земя), като в крайна сметка достига до топлообменник.
Топлината от земните недра нагрява топлоносител, който циркулира между положените в почвата тръби и термопомпата. В термопомпата той отдава топлината си чрез топлообменник към хладилен агент с ниска температура на кипене, който се изпарява и циркулира в затворен контур под формата на газ. В компресора на термопомпата налягането на хладилния агент се увеличава, което повишава температурата му. После хладилният агент постъпва в кондензатора, където освобождава акумулираната в себе топлина към отоплителната система на къщата, като се втечнява. Хладилният агент се връща в изпарителя и процесът започва отначало.
Важно е да се знае, че съвременните земносвързани термопомпени системи използват безвредни за околната среда хладилни агенти като въглероден диоксид или въглеводороди. Важен елемент от термопомпената система е бойлер-акумулатор. Предназначен е да акумулира количеството топлинна енергия, когато няма консумация, и да я отдаде в часовете на максимална консумация.
Процесът на охлаждане е аналогичен на описания, но в обратна посока. В този случай термопомпата пренася топлина от дома към земята.
Икономията
Благодарение на това, че използват топлината, натрупана в околната среда, термопомпите се характеризират с изумителна ефективност – срещу разход на електроенергия от 1 кВтч, например, можете да получите 3-4, а често и до 5-6 кВтч топлинна енергия. Всъщност, компонентът на термопомпата, който ползва огромната част от електрическата енергия за работата й, е компресорът.
Основен показател за ефективността на термопомпите е коефициентът на преобразуване COP (Coefficient Of Performance). Той е равен на съотношението на топлопроизводителността на термопомпата към потребяваната мощност, или с други думи показва с колко изразходвана електрическа енергия колко топлина “произвежда” уредът. Най-често този коефициент се използва за указване на ефективността на термопомпата в режим на отопление. За същата цел, но за режим на охлаждане, в описанията на повечето климатични устройства се използва коефициентът EER (Energy Efficiency Ratio), с който изчислява съотношението на хладопроизводителността на термопомпата към потребяваната мощност. Например, ако става въпрос за термопомпа със COP 3.5, това означава, че за 1 кВтч изразходвана електроенергия тя ще ви дари с 3,5 кВтч топлинна. По принцип, колкото е по-висок коефициентът, толкова по-ефективна е помпата. Възползвайки се от незнанието на хората, някои производители залагат в описанието на продуктите си завишени коефициенти или техни нива, разчетени за най-подходящите външни условия. Ако в разчетите и формулите за изчисление на коефициента са заложени завишени нива на температурата на топлоизточника, възможно е да се получат нива за COP от порядъка на 10 и 12. Реалните обаче са по-ниски – 3-5, като в зависимост от източника на енергията и качеството на инсталацията може да достигне до 6-7.
Освен високата си ефективност, другото много съществено качество на термопомите е дългият им експлоатационен живот, който достига до 15-20 години, при някои модели до 50!
Що се отнася до най-прагматичните аспекти, термопомпите са съвместими с практически всички циркулационни топлоснабдителни системи. Монтирането е индивидуално за всеки проект и зависи както от източника на топлина – земните недра, почвата или водата, така и от спецификите на обекта, който се отоплява с термопомпата.
Земните недра са енергиен източник, който поддържа относително постоянна температура през цялата година. Освен това, термопомпените системи, които използват топлината на земята, са базирани на екологично чиста, надеждна и безопасна технология. В зависимост от различни фактори отворът може да бъде до 200 м дълбок и между 10 и 15 см широк. След поставяне на помпата не се изисква много работа по обслужването й.
Ефективността на такава система е много висока. За 1 кВтч изразходвана електроенергия получавате между 4 и 6 кВтч топлинна. Инвестицията не е малка, но срещу нея ще получите безопасна и максимално дълга експлоатация, при висок коефициент на преобразуване на енергията.
Почвата е източникът, който е разположен физически най-близко до нас и може да се каже, че е най-достъпен. Тя е своеобразен акумулатор на слънчева енергия. В повърхностния слой на земята с времето се натрупва топлина, която също може да се използва за битово отопление и топло водоснабдяване. Термопомпата, използваща тази енергия, може да топли и през студените месеци на годината. Докато температурата на въздуха е с голяма годишна амплитуда, тази на почвата поддържа нива около 10-12oС.
Топлината от почвата се извлича с помощта на пластичен топлопровод, който се разполага хоризонтално на дълбочина 1 м. Между два съседни тръбопровода трябва да има разстояние най-малко около метър. За да получите около 10 кВт топлинна мощност, трябва да разположите около 300-400 метра тръбопроводи, което ще заеме място около 400 кв.м.
Водните източници може би са идеалният вариант. За да се вземе решение за използването на даден геотермален източник обаче, се прави проучване на дебита и температурата на водата, очакваната продължителност на експлоатация, физико-химичния състав и други инженерни параметри. Както казахме, може да се използват повърхностни или подпочвени води. Топлообменният тръбопровод се разполага на дъното или се вкопава в почвата, където температурата е малко по-висока от тази на водата. Тръбопроводът трябва да е снабден с допълнителна тежест, за да не изплува на повърхността. На един метър тръбопровод се падат приблизително пет килограма тежест.
За да се получат 10 кВт топлинна мощност, ще е необходимо на дъното да се разположат около 300 метра тръбопровод.
В световен мащаб
импулсът за масовото внедряване на термопомпите идва с енергийната криза от 70-те и началото на 80-те години. Без съмнение, днес лидер в използването на подобни системи е Швеция. В Стокхолм например има термопомпена станция с мощност 320 МВт, която обезпечава с топлинна енергия целия град. За източник на енергията се използва водата на Балтийско море, макар през зимата температурата й да пада до 4оС, дори 2оС. През лятото температурата се повишава, а с нея и ефективността на станцията, която разполага с шест шлепа, свързани за брега. Като цяло, около 50% от отоплителните инсталации в Швеция са снабдени с термопомпени системи.
Изт. сп.“ТД инсталации’
