Топлинска пумпа

Топлинската пумпа во голем број случаи претставува најекономично решение за загревање на домови и други простории каде што престојуваат луѓе. Ја има во различни изведби, многу едноставни и евтини, но и посложени и поскапи кои со текот на користењето се поисплатливи. Корисникот треба да дознае повеќе информации за да донесе правилна одлука дали и каков тип на топлинска пумпа да избере бидејќи врз тоа влијаат повеќе фактори.
1 Принцип на работа
Дефиниција за топлински пумпа: тоа е уред кој одзема топлина од една средина, најчесто од околината (воздух, вода, земја), и ја предава на средниа со повисоко температурно ниво (за греење). Принципот на работа на топлинската пумпа е ист како и кај ладилните и клима-уредите, но нејзината примарна цел е греење.
Топлинската пумпа ги има истите компоненти како и ладилен или клима уред. Разликата е во работните(температурните) услови. Ладилниот уред одзема топлина од средината што ја лади и ја предава на околината, а топлинската пумпа одзема топлина од околината и ја предава на повисоко температурно ниво за греење.
Греењето со топлинска пумпа е економично. Како на пример за потрошена енергија од 1kWh се добива топлинска енергија од 3kWh, бидејќи 2 kWh се одземени од околниот воздух. За споредба: кај електрична печка или греалка за да се добие топлинска енергија од 3 kWh треба да се потроши 3kWh електрична енергија, значи трипати повеќе.
Ефикасноста на топлинската пумпа се оценува со грејниот фактор (СОР) кој претставува однос на топлината што ја дава топлинската пумпа за греење и потрошената електрична енергија.
COP = Qc / P.
Грејниот фактор зависи од типот и квалитетот на топлинската пумпа, како и од работните услови.
Многу клима уреди се наменети и за ладење и за греење. При режимот за греење тие работат како топлински пумпи, а се користи реверзибилен циклус.
Со помош на реверзибилен (летворокрак) вентил во режимот на греење ладилниот флуид од компресорот се потискува кон внатрешната единица, која во тој случај претставува кондензатор, преку кој се оддава топлина во просторијата што се грее. Потоа ладилниот флуид се придушува со термоекспанзионен вентил (ТXV)или капиларна цевка, а во надворешната единица (во овој случај испарувач) се одзема топлина од околината.
Во режимот на ладење реверзибилниот вентил ја менува позицијата што ладилниот флуид од компресорот се потискува кон надворешната единица(во овој случај кондензатор), потоа се придушува и во внатрешната единица испарува при што се одзема топлина од просторијата што се лади.
2 Топлинска пумпа воздух-воздух
Топлинската пумпа воздух-воздух одзема топлина од околниот (надворешниот) воздух и ја предава во просторијата која се грее. Всушност сите поединечни клима уреди (моноблок и сплит системи) што денес го произведуваат режимот на греење се топлински пумпи воздух-воздух. Тие денес се произведуваат во големи серии, неколку милиони годишно, така што нивната цена е многу ниска и бргу се исплатуваат.
Производителите на топлински пумпи(клима уреди) грејниот фактор го даваат за услови: надворешен воздух 70<sup>0</sup>C и внатрешен воздух 20<sup>0</sup>С, Зависно од квалитетот и производителот тој изнесува СОР = 2.5 до 3,4 за наведените услови.
Грејниот фактор (и топлинскиот капацитет Qc) се намалува ако температурата на надворешниот воздух се снижува и обратно. Тоа е неповолна страна на топлинската пумпа воздух- воздух. Токму кога надвор станува постудено, капацитет на топлниската пумпа се намалува. Тоа е особено изразено ако надворешната температура е – 10 до -15<sup>0</sup>С. Во тој случај потребно е кориснкот да користи “резервно” греење од друга греална или сл. Во Македонија во зимскиот период понекогаш се јавуваат вака ниски температури, но ако се земе предвид целата грејна сезона(приближно шест месеци), бројот на денови со екстремно ниски температури е многу мал.
3 Инвертер клима уред
Кај нив електромоторот на компресорот има регулација со променливи(континуиран) број на вртежи и идеално ги следи промените на топлинскиот товар потребен за греење кој во пракса постојано се менува во текот на денот и сезоната. Ако се земе предвид работата на клима уредот во текот на целата сезона, тогаш сезонскиот греен фактор кај инвертер клима уредите може да изнесува СОР = 3,5 до 4. Иако се тие поскапи, разликата во цената бргу се исплатува заради помалата потрошувачка на електрична енергија. Друга предност е нивниот „нежен“ старт(со мала јачина на електрична струја) и затоа се помалку подложни на дефекти.
4 Топлинска пумпа вода-вода
Кај оваа топлинска пумпа се одзема топлина од вода (или индиректно од земја) и се предава на вода за централно греење. Најчесто се прави и за ладење со реверзибилен циклус.
Топлинските пумпи вода-вода имаат висок греен фактор(околу 4). Но нивната инсталација е многу скапа.
Водата од која што се одзема топлина може да биде подземна (од дупнатина), од река, езеро. Отпадна или во затворен круг циркулирајќи во цевки во земја.
Подземната вода и водата со цевки под земја во затворен круг одземаат топлина од земјата, затоа овие топлински пумпи се нарекуваат геотермални. Најчесто испарувачот и кондензаторот се плочести што ја прават топлинската пумпа компактна со мали димензии.
Наједноставна и најевтина е изведбата со отворен круг. Но неповолна страна е нечистотијата и нафаќање на каменец на топлински разменувачи кои тешко се чистат бидејќи тие се најчесто плочести.
Овие проблеми ги нема кај изведбите со затворен круг на водата, но чинењето на цевките и изведбените работи можат да бидат поскапи и од самата топлинска пумпа. Уште повеќе, при хоризонтален развод на цевките потребна е релативно голема површина до/околу самиот објект што во урбани средини тешко се обезбедува. При вертикално поставување потребни се барем неколку отвори и тоа со голема длабочина (50 до 100 метри), а такви отвори се дупчат со специјална механизација. Системите со затворен круг на водата се прават од пластични цевки кои се отпорни на корозија.
Геотермалните топлински пумпи се одликуваат со висока топлинска делотворност, кај нив грејниот фактор е околу 4 при температура на водата на влез во испарувачот од 120<sup>0</sup>С и температури на топлата вода 40/45<sup>0</sup>С. Повисоки температури на топлата вода се избегнуваат бидејќи притисокот на кондензација на ладилниот флуид ќе биде многу висок. При температури на топлите води од 30/35<sup>0</sup>С грејниот фактор изнесува 5. Бидејќи температурата на топлата вода е доста пониска, радијаторските грејни тела не се соодветни, туку треба да се користат вентилаторски конвектори или подно греење. Друга предност на геотермалните топлински пумпи во споредба со типот воздух¬-воздух е што топлинскиот извор има константна температура речиси во текот на целата грејна сезона независно од надворешните услови. Од друга страна, топлинските пумпи вода-вода се доста посложени и за нивната примена треба да се направат консултации со стручно лице, монтажата треба да ја направи “проверена” фирма и треба да се направи договор за редовно одржување и сервисирање.
5 Топлинска пумпа воздух-вода
Тука се одзема топлината од надворешниот воздух, која на повисоко температурно ниво на кондензаторот се предава на вода за греење најчесто на режим 40/45<sup>0</sup>С. Всушност ова е чилер со воздушно ладен кондензатор кој може да работи како топлинска пумпа воздух-вода со реверзибилен циклус. Денес сите производители ги нудат чилерите со два режима: ладење и греење како опција.
Бидејќи извор на топлина е надворешниот воздух, и овде се јавува проблем при екстремно ниски надворешни температури кога е потребен поголем капацитет за греење, а машината тогаш дава помал капацитет. Иако тој период е многу краток во текот на грејната сезона, треба да се предвиди “резервно” греење.
Топлинските пумпи се погодни и економични за подготовка на санитарна топла вода (за бањи и кујни). Тие трошат 3 до 4 пати помалку електрична енергија во споредба со конвенционалните електрични бојлери кои се во масовна употреба. Овие топлински пумпи се препорачуваат особено за комерцијални и јавни објекти: хотели, ресторани, болници итн. Во поново време на пазарот се јавуваат топлински пумпи со греен фактор околу 5.