Vodič za čitanje
Toplotne pumpe su danas veoma popularne, posebno u Evropi, gdje neke zemlje rade na zabrani ugradnje peći i bojlera na fosilna goriva u korist ekološki prihvatljivijih opcija, uključujući energetski efikasne toplotne pumpe. (Peći zagrijavaju zrak i distribuiraju ga kroz cijevi po cijeloj kući, dok bojleri zagrijavaju vodu kako bi obezbijedili toplu vodu ili grijanje parom.) Ove godine, vlada SAD-a počela je nuditi poreske olakšice za ugradnju toplotnih pumpi, koje obično koštaju više na početku od tradicionalnih peći, ali su mnogo efikasnije na duge staze.
U oblasti vozila na nove izvore energije, ograničen kapacitet baterija je također potaknuo industriju da se okrene toplotnim pumpama. Dakle, možda je vrijeme da brzo naučimo šta toplotne pumpe znače i čemu služe.
Koji je najčešći tip toplotne pumpe?
S obzirom na nedavnu buku, možda ćete se iznenaditi kada saznate da već koristitetoplotna pumpa- vjerovatno ih imate više od jednog u svom domu i više od jednog u automobilu. Samo ih ne zovete toplotne pumpe: koristite termine "frižider" ili "klima uređaj".
U stvari, ove mašine su toplotne pumpe, što znači da prenose toplotu sa relativno hladnog na relativno toplo mjesto. Toplota spontano teče od toplog ka hladnom. Ali ako je želite pretvoriti iz hladnog u toplo, morate je "pumpati". Najbolja analogija ovdje je voda, koja sama teče nizbrdo, ali se mora pumpati uzbrdo.
Kada pumpate toplinu sadržanu u nekoj vrsti hladnog spremnika (zrak, voda itd.) u topli spremnik, hladni spremnik postaje hladniji, a topli spremnik postaje topliji. To je zapravo svrha vašeg hladnjaka ili klima uređaja - on premješta toplinu s mjesta gdje nije potrebna negdje drugdje, i nije vas briga ako uzalud potrošite malo dodatne topline.
Kako napraviti praktičan rashladni uređaj sa toplotnom pumpom?
Ključni uvid koji je proizveotoplotne pumpe došlo je početkom 19. stoljeća, kada je nekoliko izumitelja, uključujući Jacoba Perkinsa, shvatilo da na ovaj način mogu ohladiti nešto bez rasipanja isparljivih tekućina koje su isparavale kako bi se postiglo hlađenje. Umjesto ispuštanja ovih para u atmosferu, tvrdili su, bilo bi bolje sakupiti ih, kondenzirati u tekućinu i ponovo upotrijebiti tu tekućinu kao rashladno sredstvo.
Za to služe frižideri i klima uređaji. Oni isparavaju tečna rashladna sredstva i koriste hladnu paru za apsorpciju toplote iz unutrašnjosti frižidera ili automobila. Zatim komprimuju gas, koji se kondenzuje nazad u tečni oblik. Ova tečnost je sada toplija nego kada je počela, tako da se dio toplote koju sadrži može lako (moguće uz pomoć ventilatora) odvesti u okolni prostor - bilo da je napolju ili negdje drugdje u kuhinji.
Uz to rečeno: veoma ste upoznati sa toplotnim pumpama; samo što ih stalno nazivate klima uređajima i frižiderima.
Sada uradimo još jedan misaoni eksperiment. Ako imate klima-uređaj na prozoru, možete ga čak i provesti kao pravi eksperiment. Instalirajte ga naopako. To jest, instalirajte njegove kontrole izvan prozora. Uradite to po hladnom i suhom vremenu. Šta će se dogoditi?
Kao što biste i očekivali, upuhuje hladan zrak u vaše dvorište i oslobađa toplinu u vaš dom. Dakle, i dalje prenosi toplinu, čineći vaš dom ugodnijim zagrijavanjem. Naravno, hladi vanjski zrak, ali taj učinak postaje minimalan kada se udaljite od prozora.
Sada imate toplotnu pumpu za grijanje doma. Možda nije najbolja.toplotna pumpa, ali će raditi. Štaviše, kada dođe ljeto, možete ga okrenuti naopačke i koristiti kao klima uređaj.
Naravno, nemojte to zapravo raditi. Ako pokušate, nesumnjivo će otkazati prvi put kada padne kiša i voda uđe u regulator. Umjesto toga, možete kupiti komercijalnu toplotnu pumpu "vazduh-voda" koja koristi isti princip za grijanje vašeg doma.
Problem je, naravno, što je votka skupa i brzo ćete je ostati bez alkohola za hlađenje vina. Čak i ako zamijenite votku jeftinijim alkoholom, uskoro ćete se žaliti na troškove.
Neki od ovih uređaja imaju ono što se naziva povratni ventili, koji omogućavaju istom uređaju da obavlja dvostruku ulogu: mogu pumpati toplinu izvana unutra ili iznutra prema van, pružajući i grijanje i klimatizaciju, kao što je opisano u nastavku.
Zašto su toplotne pumpe efikasnije od električnih grejača?
Toplotne pumpe su efikasnije od električnih grejača jer im nije potrebna električna energija za proizvodnju toplote. Električna energija koju koristi...toplotna pumpagenerira određenu količinu topline, ali što je još važnije, pumpa toplinu izvana u vaš dom. Odnos topline oslobođene u kuću i energije poslane električnom kompresoru naziva se koeficijent performansi ili COP.
Jednostavan električni grijač prostora koji osigurava svu toplinu koju generira električni grijaći element ima COP od 1. S druge strane, COP toplinske pumpe može biti i za red veličine veći.
Međutim, COP toplotne pumpe nije fiksna vrijednost. On je obrnuto proporcionalan temperaturnoj razlici između dva rezervoara u koje se toplota pumpa. Međutim, ako pumpate toplotu iz rezervoara koji nije previše hladan u zgradu koja nije previše zagrijana, COP će biti velika vrijednost, što znači da je vaša toplotna pumpa vrlo efikasna u korištenju električne energije. Ali ako pokušate pumpati toplotu iz izuzetno hladnog rezervoara u već zagrijanu zgradu, COP vrijednost se smanjuje, što znači da efikasnost pati.
Rezultat je ono što intuitivno očekujete: najbolje je koristiti najtopliju stvar koju možete pronaći kao vanjski rezervoar topline.
Toplotne pumpe zrak-voda, koje koriste vanjski zrak kao rezervoar topline, najgora su opcija u tom pogledu jer je vanjski zrak vrlo hladan tokom zimske sezone grijanja. Još bolje su toplotne pumpe zemlja-voda (poznate i kao geotermalne toplotne pumpe), jer je čak i zimi tlo na srednjim dubinama još uvijek prilično toplo.
Koji je najbolji izvor toplote za toplotne pumpe?
Problem sa izvorom u zemljitoplotne pumpeje da vam je potreban način da pristupite ovom zakopanom rezervoaru topline. Ako imate dovoljno prostora oko kuće, možete iskopati jarke i zakopati nekoliko cijevi na razumnoj dubini, na primjer nekoliko metara dubine. Zatim možete cirkulirati tekućinu (obično mješavinu vode i antifriza) kroz ove cijevi kako biste apsorbirali toplinu iz zemlje. Alternativno, možete izbušiti duboke rupe u zemlji i vertikalno ugraditi cijevi u te rupe. Međutim, sve će ovo biti skupo.
Druga strategija dostupna nekolicini sretnika je izvlačenje topline iz obližnje vodene površine uranjanjem cijevi u vodu na određenoj dubini. To se naziva toplotne pumpe voda-voda. Neke toplotne pumpe koriste neobičniju strategiju izvlačenja topline iz zraka koji izlazi iz zgrade ili iz solarne tople vode.
U vrlo hladnim klimama, ima smisla instalirati geotermalnu toplotnu pumpu ako je moguće. To je vjerovatno razlog zašto je većina toplotnih pumpi u Švedskoj (koja ima jedan od najvećih brojeva toplotnih pumpi po glavi stanovnika) ovog tipa. Ali čak i Švedska ima veliki procenat toplotnih pumpi vazduh-voda, što opovrgava uobičajenu tvrdnju (barem u Sjedinjenim Državama) da su toplotne pumpe pogodne samo za grijanje domova u blagim klimama.
Dakle, gdje god se nalazili, ako si možete priuštiti veće početne troškove, sljedeći put kada se suočite s odlukom o tome kako grijati svoj dom, razmislite o korištenju toplinske pumpe umjesto tradicionalne peći ili bojlera.
Vrijeme objave: 19. oktobar 2023.