Термопомпа за отопление и охлаждане на дома

Термопомпата е устройство, което може да осигури отопление на Вашия дом през зимата, охлаждане през лятото и топла вода целогодишно.

Термопомпата използва енергия от възобновяеми източници – горещ въздух, земя, камък или вода – за да произвежда топлинна енергия. Това преобразуване се случва с помощта на специални вещества - хладилни агенти.

На какъв принцип действа термопомпата?

Конструктивно всяка термопомпа се състои от две части – външна, която „взима“ топло от възобновяеми източници, и вътрешна, която отдава тази топлина в отоплителната система или в климатичната система във Вашия дом.

Съвременните термопомпи се отличават с висока енергийна ефективност, което на практика означава следното – потребителят, тоест собственикът на дома, който използва термопомпа, харчи за отопление или охлаждане на дома си средно само ¼ от парите, които би похарчил, ако няма термопомпа.

Иначе казано, в термопомпената система 75% от полезната топлина (или хладина) се осигурява с безплатни източници – топлината на земята, подпочвените води или затопления в стаите и излизащия навън използван въздух.

Нека разгледаме как действа всъщност най-популярната в ежедневието ни термопомпа с топлината от земята. Работата на термопомпата се извършва в няколко цикъла.

Цикъл 1 – изпаряване

Външната част на „земната“ термопомпа представлява затворена система от тръби, които се намират в земята на определена дълбочина, където температурата целогодишно е стабилна и е от порядъка на 7-12 градуса по Целзий. За да „събере" достатъчно количество енергия от земята, трябва общата площ, която системата от подземни тръби заема, да е 1,5-2 пъти по-голяма от цялата отопляема площ на дома. Тези тръби са пълни с хладилен агент, който се нагрява до температурата на земята.

Хладилният агент е с много ниска температура на кипене, затова може да премине в газообразно състояние само при температурата на земята. След това този газ преминава в компресора.

Цикъл 2 – свиване

Точно този компресор изразходва необходимата за работата на термопомпата енергия, но ако сравним например с отоплението от газов котел, тези разходи са много по-ниски. По-късно ще се върнем към това сравнение.

И така, затопленият до температура 7-12 градуса по Целзий газообразен хладилен агент от подземните тръби се свива силно в камерата на компресора, което води до рязкото му затопляне. За да разберете, просто си спомнете как се затопля обикновената помпа за колело, когато започвате да помпате. Принципът е същият.

Цикъл 3 – кондензация

След цикъла на свиване получаваме гореща пара под високо налягане, която преминава вече във вътрешната част на термопомпата. Сега този газ може да се използва за система за въздушно отопление или за затопляне на водата във водната система за отопление и топла вода. Тази гореща пара може да се използва и за подово отопление.

Отдавайки топлина в отоплителната система, горещият газ се охлажда, кондензира се и се превръща в течност.

Цикъл 4 – разширение

Тази течност постъпва в разширителен клапан, където налягането ѝ се понижава. Сега течният хладилен агент с ниско налягане отново се насочва под земята, за да се нагрее до температурата на земята. И всички цикли се повтарят.

Ефективност на термопомпите

На всеки 1 кВт електрическа енергия, използвана от термопомпата за работа на компресора, средно се изработва около 4 кВт полезна топлинна енергия. Това е 300% ефективност.

Да сравним отоплението с термопомпа и с други начини за отопление. При термопомпа енергийната ефективност е 150-400%, при отопление с котел на течно гориво или газ – 70-96%, а при електрически котел за отопление – 35-45%.

Трябва да знаете, че показателите за ефективност на термопомпите са различни, в зависимост от конкретните условия, в които действа Вашата термопомпа. Така че, ако използвате „земна“ термопомпа и почвата при Вас е глинеста, ефективността на термопомпата ще е два пъти по-висока от тази на термопомпа с пясъчна почва.

Реалните показатели за ефективност на термопомпите зависят от температурните условия, тоест в студените дни тяхната ефективност намалява. Тя е от порядъка на 150% при температура -20 градуса по Целзий и около 300% при температура на източника +7 градуса по Целзий. Но технологиите не спират да се развиват – съвременните модели термопомпи се отличават с по-голяма енергийна ефективност, като тази тенденция се запазва.

Термопомпи за охлаждане на дома

По своя принцип на действие термопомпата е аналогична на хладилните агрегати или чилърите. Затова лятото тя може да се използва не за отопление на дома, а за неговото охлаждане или климатизиране. Да си припомним, че ако говорим за „земната“ помпа, то температурата на земята е стабилна в рамките на 7-12 градуса по Целзий през цялата година. И с помощта на термопомпа тя може да се предаде на помещенията в дома Ви.

Принципът на работа на охлаждащата система с термопомпа е аналогичен на тази на системата за отопление, само че вместо радиатори се използват вентилаторни конвектори. При пасивно охлаждане топлоносителят просто циркулира между конвекторите и дупката в земята, тоест студеното от дупката в земята постъпва директно в климатичната система, но самият компресор не работи. Ако пасивното охлаждане не е достатъчно, се включва компресорът на термопомпата, който допълнително охлажда топлоносителя.

Тиове термопомпи

Битовите термопомпи биват 3 основни типа, които се различават по външния източник на топлина:

• „Земни“ или „земя-вода“, „земя-въздух“;
• „Водни“ или „вода-вода“, „вода-въздух“;
• „Въздушни“ или „въздух-вода, „въздух-въздух“.

„Земни“ термопомпи

Най-популярните са термопомпите, които използват топлината на земята. За тях вече говорихме. Това са най-ефективните, но и най-скъпите от всички типове термопомпи. Тръбите, които влизат под земята, могат да се полагат вертикално или хоризонтално. В зависимост от това „земните“ термопомпи се делят на вертикални и хоризонтални.

Вертикалните термопомпи изискват полагане на тръбите, по които циркулира хладилният агент, на значителна дълбочина – 50-200 метра. Да, има алтернатива – да се направят няколко по-малки дупки, като разстоянието между тях не трябва да е по-малко от 10 метра.

За да се пресметне на каква дълбочина трябва да се поставят, може да кажем, че термопомпа с мощност 10 кВт изисква дупка в земята (една или няколко) с обща дълбочина около 170 метра. Трябва да знаете, че няма смисъл да правите много малки (по-малки от 50 метра) дупки.

При хоризонталните термопомпи няма нужда от правене на дълбоки дупки. Дълбочината, на която ще се полагат тръбите при този метод, е около 1 метър, в зависимост от региона може да е по-малко или повече. Тръбата с хладилния агент при този начин се полага така, че разстоянието между съседните участъци да е не по-малко от половин метър, иначе няма да се събира ефективно топлина.

За да поставите термопомпа с мощност 10 кВт, необходимата обща дължина на тръбата трябва да е 350-450 метра. Ако вземем предвид ограниченията, свързани с границите на различните участъци, ще Ви е необходим земен участък с размери 20 на 20 метра. Дали ще можете да осигурите такъв голям участък земя – това е големият въпрос.

Как да изберете термопомпа?

Ако живеете в регион с умерен климат, най-ефективният вариант за Вас е термопомпа, която използва земната топлина. При това е най-добре да си поставите вертикална термопомпа, особено ако къщата Ви е в скалиста местност, където трудно може да се намери голям равен участък земя. Но този тип термопомпи е най-скъп.

В региони с мек климат можете да поставите термопомпа „въздух-вода“, която не изисква кой знае какви капиталовложения и е особено ефективна в местност, където сезонните колебания в температурите не са кой-знае колко големи.

В зависимост от принципа на действие има различни електрически термопомпи и газови термопомпи. Най-популярни са тези, които работят с електричество.

Още нещо важно. Добра идея са комбинираните модели термопомпи, които комбинират класическия вариант на термопомпа с газов или електрически нагревател. Тези нагреватели могат да се използват при неблагоприятни сезонни условия, когато ефективността на термопомпата е понижена. Както казахме, голямото понижение на ефективността е присъщо за термопомпите „въздух-вода“ и „въздух-въздух“.

Предимства и недостатъци на термопомпите

Най-голямото предимство на термопомпите са ниските експлоатационни разходи. Тоест стойността на произведената топлина или хлад за крайния потребител е най-ниска в сравнение с другите начини за отопление/охлаждане. Освен това термопомпената система е на практика безопасна за дома. Следователно се опростяват изискванията към вентилационните системи и се повишава противопожарната безопасност. Което влияе положително и на цената за монтаж на такива системи.

Термопомпите са лесни за използване и много надеждни, а също така са и безшумни.

Още един плюс – лесно можете да превключите термопомпата от режим за отопление на режим за охлаждане при нужда. Трябва само да имате в дома си не само радиатори, а и вентилаторни конвектори.

Е, има и минуси, основният от които е обратната страна на основния плюс – капиталовложенията за монтажа на термопомпа са много големи. Още един недостатък на термопомпите доскоро беше сравнително ниската температура на топлоносителя – не повече от 60 градуса по Целзий. Но последните разработки са дали възможност този недостатък да се елиминира. Да, цената на този тип термопомпи е по-висока, отколкото на стандартните, но пък си заслужава – за да е топло вкъщи.