Vodič za čitanje
Toplinske pumpe su danas vrlo popularne, posebno u Europi, gdje neke zemlje rade na zabrani ugradnje peći i bojlera na fosilna goriva u korist ekološki prihvatljivijih opcija, uključujući energetski učinkovite toplinske pumpe. (Peći zagrijavaju zrak i distribuiraju ga cijevima po cijeloj kući, dok bojleri zagrijavaju vodu kako bi osigurali toplu vodu ili grijanje parom.) Ove je godine američka vlada počela nuditi porezne olakšice za ugradnju toplinskih pumpi, koje obično koštaju više u početnoj fazi od tradicionalnih peći, ali su dugoročno puno učinkovitije.
U području vozila na nove izvore energije, zbog ograničenog kapaciteta baterije, industrija se okrenula toplinskim pumpama. Stoga je možda vrijeme da brzo naučimo što toplinske pumpe znače i čemu služe.
Koji je najčešći tip toplinske pumpe?
S obzirom na nedavnu pompu, možda ćete se iznenaditi kada saznate da već koristitetoplinska pumpa- vjerojatno ih imate više od jednog u svom domu i više od jednog u automobilu. Samo ih ne zovete toplinske pumpe: koristite izraze "hladnjak" ili "klima uređaj".
Zapravo, ovi strojevi su toplinske pumpe, što znači da premještaju toplinu s relativno hladnog mjesta na relativno vruće mjesto. Toplina spontano teče od vrućeg prema hladnom. Ali ako je želite pretvoriti iz hladnog u vruće, morate je "pumpati". Najbolja analogija ovdje je voda, koja sama teče nizbrdo, ali ju je potrebno 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 hladnjak s toplinskom pumpom?
Ključni uvid koji je proizveotoplinske pumpe došlo je početkom 19. stoljeća, kada je niz izumitelja, uključujući Jacoba Perkinsa, shvatio da na ovaj način mogu nešto ohladiti bez rasipanja hlapljivih tekućina koje su isparavale kako bi se postiglo hlađenje. Umjesto ispuštanja tih para u atmosferu, tvrdili su, bilo bi bolje skupiti ih, kondenzirati u tekućinu i ponovno upotrijebiti tu tekućinu kao rashladno sredstvo.
Za to služe hladnjaci i klima uređaji. Oni isparavaju tekuća rashladna sredstva i koriste hladnu paru za apsorpciju topline iz unutrašnjosti hladnjaka ili automobila. Zatim komprimiraju plin, koji se kondenzira natrag u tekući oblik. Ova tekućina je sada toplija nego u početku, pa dio topline koju sadrži može lako (moguće uz pomoć ventilatora) teći u okolni prostor - bilo vani ili negdje drugdje u kuhinji.
Uz to rečeno: vrlo ste upoznati s toplinskim pumpama; samo ih stalno nazivate klima-uređajima i hladnjacima.
Sada napravimo još jedan misaoni eksperiment. Ako imate klima-uređaj na prozoru, možete ga čak provesti kao pravi eksperiment. Instalirajte ga obrnuto. To jest, instalirajte njegove kontrole izvan prozora. Učinite to po hladnom i suhom vremenu. Što će se dogoditi?
Kao što biste i očekivali, puše hladan zrak u vaše dvorište i oslobađa toplinu u vaš dom. Dakle, i dalje prenosi toplinu, čineći vaš dom ugodnijim grijanjem. Naravno, hladi vanjski zrak, ali taj učinak postaje minimalan kada se udaljite od prozora.
Sada imate toplinsku pumpu za grijanje doma. Možda nije najboljatoplinska pumpa, ali će raditi. Štoviše, kada dođe ljeto, možete ga okrenuti naopako i koristiti kao klima uređaj.
Naravno, nemojte to zapravo učiniti. Ako pokušate, nesumnjivo će zakazati prvi put kada padne kiša i voda uđe u regulator. Umjesto toga, možete si kupiti komercijalnu toplinsku pumpu "zračna voda" koja koristi isti princip za grijanje vašeg doma.
Problem je, naravno, što je votka skupa i brzo ćete je ostati bez vode 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 povratnim ventilima, koji omogućuju istom uređaju da obavlja dvostruku ulogu: mogu pumpati toplinu izvana prema unutra ili iznutra prema van, pružajući i grijanje i klimatizaciju, kao što je opisano u nastavku.
Zašto su toplinske pumpe učinkovitije od električnih grijača?
Toplinske pumpe su učinkovitije od električnih grijača jer im nije potrebna električna energija za proizvodnju topline. Električna energija koju koristitoplinska pumpagenerira nešto topline, ali što je još važnije, pumpa toplinu izvana u vaš dom. Omjer topline oslobođene u dom i energije poslane električnom kompresoru naziva se koeficijent učinka ili COP.
Jednostavna električna grijalica prostora koja 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 toplinske pumpe nije fiksna vrijednost. Obrnuto je proporcionalan temperaturnoj razlici između dva spremnika u koje se toplina pumpa. Međutim, ako pumpate toplinu iz ne previše hladnog spremnika u ne previše vruću zgradu, COP će biti velika vrijednost, što znači da je vaša toplinska pumpa vrlo učinkovita u korištenju električne energije. Ali ako pokušate pumpati toplinu iz izuzetno hladnog spremnika u već toplu zgradu, COP vrijednost se smanjuje, što znači da učinkovitost pati.
Rezultat je ono što intuitivno očekujete: najbolje je koristiti najtopliju stvar koju možete pronaći kao vanjski spremnik topline.
Toplinske pumpe zrak-voda, koje koriste vanjski zrak kao spremnik topline, najgora su opcija u tom pogledu jer je vanjski zrak vrlo hladan tijekom zimske sezone grijanja. Još bolje su toplinske pumpe zemlja-voda (poznate i kao geotermalne toplinske pumpe), jer je čak i zimi tlo na srednjim dubinama još uvijek prilično toplo.
Koji je najbolji izvor topline za toplinske pumpe?
Problem s izvorom u tlutoplinske pumpejest da vam je potreban način pristupa ovom zakopanom spremniku topline. Ako imate dovoljno prostora oko kuće, možete iskopati jarke i zakopati hrpu cijevi na razumnoj dubini, na primjer nekoliko metara dubine. Zatim možete cirkulirati tekućinu (obično mješavinu vode i antifriza) kroz te cijevi kako biste apsorbirali toplinu iz tla. Alternativno, možete izbušiti duboke rupe u zemlji i okomito ugraditi cijevi u te rupe. Sve će to, međutim, biti skupo.
Druga strategija dostupna nekolicini sretnika je izvlačenje topline iz obližnje vodene površine uranjanjem cijevi u vodu na određenoj dubini. To se naziva toplinske pumpe voda-voda. Neke toplinske pumpe koriste neobičniju strategiju izvlačenja topline iz zraka koji izlazi iz zgrade ili iz solarne tople vode.
U vrlo hladnim klimama, ima smisla instalirati toplinsku pumpu zemlja-voda ako je moguće. To je vjerojatno razlog zašto je većina toplinskih pumpi u Švedskoj (koja ima jedan od najvećih brojeva toplinskih pumpi po glavi stanovnika) ove vrste. Ali čak i Švedska ima veliki postotak toplinskih pumpi zrak-voda, što proturječi uobičajenoj tvrdnji (barem u Sjedinjenim Državama) da su toplinske pumpe prikladne 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. listopada 2023.