 |
|
|
Що е термопомпа?
Термопомпата е устройство, което трансферира топлина от флуид с по-ниска температура
към друг флуид с по-висока температура, обръщайки естествения й поток, който както
е известно в природата е в посока от по-висока към по-ниска температура.
Всъщност, една термопомпа не е нищо друго освен хладилна машина. Всяко хладилно
устройство (прозоречен климатик, хладилник, фризер и т.н.) премества топлината
от едно място (за да го поддържа хладно) и изхвърля топлината при по-високи температури.
Единствената разлика между термопомпата и хладилника е желания ефект – охлаждането
при хладилника и отоплението при термопомпата. Вторият отличителен фактор за повечето
термопомпи е че те са реверсивни и могат да осигурят както отопление, така и охлаждане
на помещенията. |
 |
Как работи термопомпата?
Една термпопомпа се състои от затворен контур, в който циркулира специален флуид
(рефригерант или „фреон”). Този флуид е в течно или газообразно състояние в зависимост
от температурата и налягането му. Затвореният контур се състои от: компресор,
кондензатор, разширителен вентил и изпарител.
Кондензаторът и изпарителят представляват топлообменници, или специални тръби,
в които протича рефригеранта, осигуряващи контакт с източника на топлина.
От изпарителя на термопомпата „фреонът” постъпва в компресора, където от газообразно
състояние и ниска температура, се довежда до високо налягане и се загрява, поглъщайки определено количество
топлина. След това преминава в кондензатора, където се охлажда,отдавайки топлина
и преминава от газообразно в течно състояние. Преминавайки през разширителния
вентил, течният "фреон" се охлажда и частично се трансформира в пара, попадайки отново в изпарителя, като затваря циркулационния кръг. В изпарителя
"фреонът" поглъща топлина от външния циркулационен кръг и се изпарява напълно, след което цикълът се повтаря. |
Ефективност на термопомпите
При своята работа, една термопомпа:
- Консумира електрическа енергия за компресора
- Поглъща топлина от външната среда в изпарителя.
- Отдава топлина във външната среда от кондензатора.
Предимствата на термопомпата произтичат от способността й да доставя повече енергия
(напр. топлинна) от тази, която се използва за нейната работа, дотолкова доколкото
тя се извлича от външната околна среда.
Една от най-важните характеристики на термопомпите, и по специално в контекста
на отопление/охлаждане е, че ефективността на агрегата и необходимата енергия
за работа му са директно свързани с температурния интервал в който работи термопомпата.
Съгласно терминологията на термопомпата, разликата между температурата, при която
топлината се поглъща (от „източника”) и температурата при която топлината се отдава
(от „консуматора”) се нарича лифт („подемна сила”). Колкото е по-голям лифта,
толкова повече мощност е необходима за термопомпата. Този параметър е важен, защото
формира основните енергийните предимства на геотермалната термопомпа пред термопомпите
с източник въздух (популярните „климатици”). Една въздушна термопомпа, трябва
да „извлича” топлина от студения външен въздух през зимата и да „изхвърля” топлина
към горещия въздух през лятото. За разлика от това, геотермалната термопомпа получава
топлина от относително топлата почва (или подземна вода) през зимата и освобождава
топлина към същата относително хладна почва (или подземна вода) през лятото. В
резултат на това, геотермалната термопомпа, независимо от сезона винаги изпомпва
топлината в един малък температурен интервал в сравненоие с въздушната термопомпа.
Характеристика на геотермалната термопомпа, отразяваща ефективността й в режим
на охлаждане е коефициентът EER (Energy Efficiency Ratio). Той изразява охлаждащото
въздействие получено от агрегата в kWh, разделено на вложената за това електрическа
енергия също в kWh. Характеристиката на геотермалната термопомпа в режин на отопление
е коефициентът COP (Coefficient Of Performance). Това е отоплителното въздействие
получено от агрегата в kWh, разделено на вложената за това електрическа енергия
също в kWh. В България е популярен термина коефициент на трансформация, съответно
за отопление или охлаждане.Тезикоефициенти варират в зависимост от типа термопомпа
и условията на работа, и обикновенно имат приблизителна стойности 3,5 за режим
на отопление и 4,5 за режим на охлаждане. Това означава, че за всеки kWh консумирано
електричество, термопомпата ще осигури около 3,5 kWh енергия за отопление и 4,5
kWh енергия за охлаждане.
И двете стойности COP и EER се отнасят само за стойността на дадена точка, валидна
само за специфични тестови условия за получаване на характеристиката. |
|
Приложение
|
Могат да бъдат формулирани следните цели при използването на термопомпи:
· Тъй като една термопомпа оперира най-ефективно когато разликата между температурата
на изпарение и температурата на кондензация е малка, температурата на получената
топлина за отопление трябва да бъде сведена до минимум, т.е реализиране на нископотенциално
отопление.
При по-голямо налягане (температура) P3, ще се получава и по-голяма разлика. Следователно, при минимално натоварване ефективността ще е най-висока при една и съща температура
на източника на нископотенциална топлина P2.
|
|
|
Казано по друг начин - Колкото количеството отнета топлина от заобикалящата среда чрез единият топлообменник е по-голямо и колкото
количеството отдадена топлина на заобикалящата среда чрез другия топлообменник
е по-голямо толкова е и по-висока цялостната ефективност на хладилният цикъл.
· Ефективността или COP-а на една хладилна машина се определя от отношението на разликите dh1 и dh2. Това всъщност са разликите в енталпиите, които се получават от компресора и изпарителя. Когато системата работи при
високо налягане P3 (по-голяма мощност на компресора) очевидно dh2 ще е по-голяма, а dh1 по-малка поради това, че лявата вертикална червена черта (процеса дроселиране),
ще пресече кривата на втечнаване на хладилния агент в точка по абцисата, която е по-близко (повече в дясно) до тази оформяща края
на левия отсек dh2. Така, че - по-високо налягане имаме по-голям dh2 и по-малък dh1. Какато и обратното: по-ниско налягане ще доведе до по-голям dh1 и по-малък dh2. |
|
За една реална крива, която определя фазите на хладилния агент даваме следната
диаграма ( в случая фреон R407C)
|
Плътната червена крива определя фазите на хладилния агент „фреона”. В лявата си част на процеса, когато червената крива пресече черната графика,
фреона се втечнява. В дясната си част (при ниското налягане) фреона се превръща
в пари. Компресора работи винаги с газ или пара, но никога с течност. За да се гарантира това, е необходимо червената графика да пресече точката в която
фреона преминава в пара с някакъв запас преди да постъпи в компресора. Този процес
е известен като претопляне. Обратно - в горната част фреона трябва също да пресече
с някакъв запас в ляво черната крива. Там процеса се нарича преохлаждане (подохлаждане). Преохлаждането и претоплянето са важни за да гарантират двете твърди фази в
инсталацията: течна и газообразна, което е от значение за високо-ефективната работа. Преохлаждането се получава в кондензатора,
а претоплянето в изпарителя. При малка площ , тези два процеса не може да се изпълнят
ефективно! |
|
Възможните приложения на термопомпата са:
-
КЛИМАТИЗАЦИЯ - Приложението на термопомпите за климатизация в жилищния и индустриалния сектори,
днес е реалност, като алтернатива на конвенционалните системи изградени от чилър
и котел. Фактически, една и съща машина, посредством реверсивен вентил е в състояние
да смени функциите на изпарителя и кондензатора, и така да достави топлина през
зимата и хлад през лятото (реверсивен тип). Прилагането на термопомпа за регулиране на температурата от околната среда (отопление+охлаждане) е най-икономичното, тъй като е свързано с по-кратък срок
на откупуване на първоначалната инвестиция за системата, благодарение на по-ниските
експлоатационни разходи.
-
ОТОПЛЕНИЕ - Термопомпата може също така да бъде използвана и само за отопление.
-
ТОПЛА ВОДА – Термопомпата може да осигури целогодишно снабдяване с евтина топла вода с
температура 60°С (дори и през лятото). Компонентите за снабдяване с топла вода
се състоят от топлообменник рефригерант-вода и малка циркулационна помпа. Те могат
а бъдат монтирани в общ шкаф, или като малък допълнителен шкаф. Изходящите тръбопроводи
се свързват към системата за снабдяване с топла вода.
-
ОТОПЛЕНИЕ НА БАСЕЙН - Термопомпата, която отоплява къщата може също да се използва и за отопление
на басейн. В този случай жилищния отоплителен кръг се затваря и се използва топлообменник
за отвеждане на топлината към басейна. Системата може да бъде настроена автоматично
да поддържа вътрешна температура като отправя излишната топлина към басейна, свойство
което се използва през пролетта и есента. Включването на басейн към системната
конфигурацията прави използването на геотермално отопляване дори по-ефективно. |
 |
 |
 |
 |
| Аерогара |
Автокъща |
Болница |
Хотел |
| |
 |
 |
 |
 |
| Музей |
Ресторант |
Училища и детски градини |
Жилища и офиси |
|
|