Водич за читање
Топлотне пумпе су данас веома популарне, посебно у Европи, где неке земље раде на забрани уградње пећи и котлова на фосилна горива у корист еколошки прихватљивијих опција, укључујући енергетски ефикасне топлотне пумпе. (Пећи загревају ваздух и дистрибуирају га кроз цеви по кући, док котлови загревају воду да би обезбедили топлу воду или парно грејање.) Ове године, влада САД је почела да нуди пореске олакшице за уградњу топлотних пумпи, које обично коштају више у почетку од традиционалних пећи, али су много ефикасније на дужи рок.
У области возила на нове изворе енергије, због ограниченог капацитета батерија, индустрија се такође окреће топлотним пумпама. Зато је можда време да брзо сазнамо шта топлотне пумпе значе и чему служи.
Који је најчешћи тип топлотне пумпе?
С обзиром на недавну популарност, можда ћете се изненадити када сазнате да већ користитетоплотна пумпа- вероватно их имате више од једног у кући и више од једног у ауту. Само их не зовете топлотне пумпе: користите термине „фрижидер“ или „клима уређај“.
У ствари, ове машине су топлотне пумпе, што значи да преносе топлоту са релативно хладног на релативно топло место. Топлота спонтано тече од топлог до хладног. Али ако желите да је претворите из хладног у топло, потребно је да је „пумпате“. Најбоља аналогија овде је вода, која сама тече низ брдо, али је потребно да се пумпа уз брдо.
Када пумпате топлоту садржану у некој врсти хладног складишта (ваздух, вода итд.) у топли складиште, хладно складиште се хлади, а топло складиште се загрева. То је заправо оно што ваш фрижидер или клима уређај служи - он премешта топлоту са места где није потребна на неко друго место, и није вас брига ако тиме потрошите мало додатне топлоте.
Како направити практичан чилер са топлотном пумпом?
Кључни увид који је произвеотоплотне пумпе дошло је почетком 19. века, када је неколико проналазача, укључујући Џејкоба Перкинса, схватило да на овај начин могу да охладе нешто без трошења испарљивих течности које су испаравале да би се постигло хлађење. Уместо испуштања ових испарења у атмосферу, тврдили су, било би боље да се сакупе, кондензују у течност и поново користе ту течност као расхладно средство.
Зато служе фрижидери и клима уређаји. Они испаравају течне расхладне флуиде и користе хладну пару да апсорбују топлоту из унутрашњости фрижидера или аутомобила. Затим компримују гас, који се кондензује назад у течни облик. Ова течност је сада топлија него када је почела, тако да део топлоте коју држи може лако (могуће уз помоћ вентилатора) да се однесе у околну средину - било напољу или негде другде у кухињи.
Уз то речено: веома сте упознати са топлотним пумпама; само што их стално називате клима уређајима и фрижидерима.
Сада хајде да урадимо још један мисаони експеримент. Ако имате клима уређај преко прозора, можете га чак и урадити као прави експеримент. Инсталирајте га обрнуто. То јест, инсталирајте његове контроле споља са прозором. Урадите то по хладном и сувом времену. Шта ће се десити?
Као што бисте очекивали, дува хладан ваздух у ваше двориште и ослобађа топлоту у ваш дом. Дакле, и даље преноси топлоту, чинећи ваш дом удобнијим грејањем. Наравно, хлади ваздух напољу, али тај ефекат постаје минималан када сте далеко од прозора.
Сада имате топлотну пумпу за грејање куће. Можда није најбољатоплотна пумпа, али ће радити. Штавише, када дође лето, можете га окренути наопачке и користити као клима уређај.
Наравно, немојте то заправо радити. Ако покушате, несумњиво ће отказати први пут када падне киша и вода уђе у контролер. Уместо тога, можете себи купити комерцијалну топлотну пумпу „ваздух-вода“ која користи исти принцип за грејање вашег дома.
Проблем је, наравно, што је вотка скупа и брзо ћете је понестати да бисте охладили вино. Чак и ако замените вотку јефтинијим алкохолом за трљање, ускоро ћете се жалити на трошкове.
Неки од ових уређаја имају такозване реверзне вентиле, који омогућавају истом уређају да обавља двоструку улогу: могу да пумпају топлоту споља унутра или изнутра напоље, обезбеђујући и грејање и климатизацију, као што је описано у наставку.
Зашто су топлотне пумпе ефикасније од електричних грејача?
Топлотне пумпе су ефикасније од електричних грејача јер им није потребна електрична енергија за производњу топлоте. Електрична енергија коју користитоплотна пумпагенерише извесну количину топлоте, али што је још важније, пумпа топлоту споља у ваш дом. Однос топлоте ослобођене у кућу и енергије послате електричном компресору назива се коефицијент перформанси или COP.
Једноставан електрични грејач простора који обезбеђује сву топлоту коју генерише електрични грејни елемент има COP од 1. С друге стране, COP топлотне пумпе може бити за ред величине већи.
Међутим, COP топлотне пумпе није фиксна вредност. Он је обрнуто пропорционалан температурској разлици између два резервоара у којима се топлота пумпа. Уз то речено, ако пумпате топлоту из резервоара који није превише хладан у зграду која није превише загрејана, COP ће бити велика вредност, што значи да је ваша топлотна пумпа веома ефикасна у коришћењу електричне енергије. Али ако покушате да пумпате топлоту из изузетно хладног резервоара у већ загрејану зграду, COP вредност се смањује, што значи да ефикасност пати.
Резултат је оно што интуитивно очекујете: најбоље је користити најтоплију ствар коју можете пронаћи као спољни резервоар топлоте.
Топлотне пумпе ваздух-вода, које користе спољашњи ваздух као резервоар топлоте, су у том погледу најгора опција јер је спољашњи ваздух веома хладан током зимске сезоне грејања. Још боље су топлотне пумпе земља-вода (познате и као геотермалне топлотне пумпе), јер је чак и зими земља на средњим дубинама и даље прилично топла.
Који је најбољи извор топлоте за топлотне пумпе?
Проблем са извором земљетоплотне пумпејесте да вам је потребан начин да приступите овом закопаном резервоару топлоте. Ако имате довољно простора око куће, можете ископати јарке и закопати гомилу цеви на разумној дубини, на пример неколико метара дубине. Затим можете циркулисати течност (обично мешавину воде и антифриза) кроз ове цеви да бисте апсорбовали топлоту из земље. Алтернативно, можете избушити дубоке рупе у земљи и вертикално поставити цеви у те рупе. Међутим, све ово ће бити скупо.
Још једна стратегија доступна неколицини срећника јесте извлачење топлоте из оближње водене површине урањањем цеви у воду на одређеној дубини. Ове се називају топлотне пумпе вода-вода. Неке топлотне пумпе користе необичнију стратегију извлачења топлоте из ваздуха који излази из зграде или из соларне топле воде.
У веома хладним климатским условима, има смисла инсталирати геотермалну топлотну пумпу ако је могуће. То је вероватно разлог зашто је већина топлотних пумпи у Шведској (која има један од највећих бројева топлотних пумпи по глави становника) овог типа. Али чак и Шведска има велики проценат топлотних пумпи ваздух-вода, што оповргава уобичајену тврдњу (барем у Сједињеним Државама) да су топлотне пумпе погодне само за грејање домова у благим климатским условима.
Дакле, где год да се налазите, ако можете себи да приуштите веће почетне трошкове, следећи пут када се суочите са одлуком о томе како да грејете свој дом, размислите о коришћењу топлотне пумпе уместо традиционалне пећи или котла.
Време објаве: 19. октобар 2023.