Термопомпата е изобретена от лорд Келвин през 1852г., a през 1855-1857г. Петер Ритер фон Ритингер прави първата термопопмпа.
Термопомпата е устройство, което не произвежда топлина, а само я премества от флуид с по-ниска температура към друг флуид с по-висока температура при влагане на определено количество енергия, обръщайки естествения й поток, който както е известно в природата е в посока от по-висока към по-ниска температура.Цената е разходът на електроенергия за задвижване на помпа и компресор за пренасянето на топлината от подпочвената вода към сградата.
Обикновено разходът на електроенергия спрямо получената полезна топлина е 1:3 до 1:6 (Сoefficient Оf Рerformance), което означава че при консумирана мощност 1киловат, получената топлинна мощност е 3 до 6 киловата.
Ако температурата на подпочвената вода е 14 градуса и след преминаване през термопомпата се върне обратно в почвата с температура 4 градуса, то от всеки преминал кубичен метър вода сме отнели около 10 киловата.
Всяка термопомпа се състои от следните основни възли:
- Кондензатор
- Термо-Регулиращ Вентил
- Изпарител
- Компресор
- Съединителни тръби
- Хладилен агент(фреон)
Компресорът, кондензаторът, регулиращият вентил и изпарителят са съединени с медни тръби (херметично), в които циркулира фреон и малко количество компресорно масло. В процеса на работа на термопомпата се случва следното :
на входа на компресора от изпарителя *3 постъпва газообразен фреон с ниско налягане ( 3 – 5 атмосфери) и температура 7-20 градуса Целзий . Компресорът *4 засмуква фреона и го нагнетява до 15 – 25 атмосфери и температура 70 – 90 градуса Целзий , след което фреонът постъпва в кондензатора *1.
Благодарение на интензивният топлообмен фреонът отдава топлина и флуидът, който минава през кондензатора, се нагрява.
На изхода на кондензатора фреонът вече е втечнен и е с температура 10 – 20 градуса Целзий повече от работният флуид .
От кондензатора топлият фреон постъпва в термо-регулиращия вентил *2 където температурата и налягането се понижават и фреонът започва да се изпарява .
След термо-регулиращия вентил фреонът,постъпвайки в изпарителя *3, продължава да се изпарява до пълното преминаване в газообразно състояние и поглъща топлина.
Газообразният фреон с ниска температура постъпва на входа на компресора 4 и този цикъл се повтаря .
Този принцип лежи в основата на работа на всяка термопомпа, и е известен като „обратен цикъл на Карно“.
Получената висока температура чрез отоплителната система (подова, радиатори, конвектори и др.) е достатъчна за отопление на помещения или БГВ. Икономическият ефект (COP) на една термопомпа зависи от разликата между температурата на източника на топлина – температурата на отоплителния кръг, която по възможност трябва да бъде най ниска. За това и най подходящата отоплителна система за термопомпа е подово или стенно отопление за което е неоходима над 27- 30°C подаваща температура, докато при ковекторното или нискотемпературни радиатори( със завишена топлообменна повърхност) са необходими повече от 30- 35°C , при ефективни АL радиатори – повече от 40°C, а при стандартно радиаторно – над 55°C.
Видове термопомпи
„Въздушна“ – извлича топлинна енергия от околния въздух
модел „въздух-въздух“. Състои се от две вентилаторни секции – за външен въздух и за вътрешен въздух. Принципът на работа е следният: извлича енергия от външния въздух, като я отдава в концентриран вид на вътрешния. Най-известни са под наименованието „климатик“. Има два варианта – в един корпус който се вгражда във външна стена или „сплит“, който се състои от две тела за монтаж от двете страни на стената.
Недостатък е по-ниската ефективност в сравнение с „водните“ термопомпи в режим „отопление“ под 0 градуса на външния въздух, и в режим „охлаждане“ над 25 градуса на външния въздух. Обикновено може да реверсира посоката на топлинният поток, поради което и показателите на топлообменниците му са занижени.Вариант на този вид термопомпа е домашният хладилник, където потока на енергията е обърнат отвътре навън и е еднопосочен.
1..2. Модел „въздух-вода“.
Състои се от една вентилаторна секция (за външен въздух) и воден топлообменник за свързване с вътрешна тръбна инсталация „парно“. Принципа на работа е следният: извлича енергия от външния въздух, като я отдава в концентриран вид на водата движеща се във вътрешната инсталация. Известни са под наименованието „чилър с водна секция“. Вътрешните тела могат да бъдат както радиатори, така и конвектори. Разликата е че конвекторите могат да се ползват и за охлаждане през лятото. Имат същият недостатък като термопомпите „въздух-въздух“.
2. „Водна“ – извлича топлинна енергия от земята
2.1. Модел „вода-въздух“.
Състои се от две секции – воден топлообменник, през който преминава флуид с температурата на земята и вентилаторна секция за вътрешен въздух. Принципа на работа е следният: извлича енергия от земята чрез топлообменика, като я отдава в концентриран вид на вътрешния въздух. Монтира се вътре в сградата, като чрез въздуховоди се разпределя вътрешния въздух. За този модел е необходим сондаж (кладенец) или тръбна мрежа вкопана в земята. Недостатък е че в градска зона е ограничено мястото за сондаж или кладенец, а за вкопаване на тръбна мрежа е необходимо празно място над 500 кв.м.
2.2. Модел „Вода-Вода“.
Състои се от един корпус с вградени два водни топлообменника. Един през който преминава вода (или флуид) с температурата на земята и един за свързване с вътрешна тръбна инсталация тип „парно“. Монтира се вътре в сградата. Принципа на работа е следният: извлича енергия от земята, като я отдава в концентриран вид на водата движеща се във вътрешната тръбна инсталация тип „парно“. Вътрешните тела могат да бъдат както радиатори или лири, така и конвектори. Разликата е че конвекторите могат да се ползват и за охлаждане през лятото.За този модел също е необходим сондаж (кладенец) или тръбна мрежа вкопана в земята. Има същият недостатък относно градската зона, но ако това е преодолимо – няма по-добро техническо решение за потребителя.Преимущество е че през лятото охлаждането на помещенията може да става директно с температурата на подпочвената вода без разход на електроенергия за термопомпата.
3. Модел “Слънце/Въздух – Вода” – извлича директно и индиректно топлинна енергия от Слънцето
Състои се от корпус с вграден топлообменник фреон/вода и изнесен на подходящо място топлообменник (термодинамичен панел) за директно усвояване на слънчевото излъчване. Принципа на работа е следният: извлича се енергията от директното слънчево нагряване чрез термодинамичният панел, където става изпарение на фреона, и в концентриран вид се отдава на флуида във вътрешната тръбна инсталация тип „парно“.
Вътрешните тела могат да бъдат: Подово или стенно отопление, конвектори, Ал.радиатори или лири със завишена топлообменна повърхност.Преимущество е високият COP ( достигащ 8-9 ) при ниска кондензация и директно слънцегреене, както и възможността да се добива топлина от дифузното излъчване, околният въздух или дъжд. Това прави този вид термопомпа атрактивна комбинация от класически слънчев панел и климатик, като ползва в максимална степен предимствата йм, без да страда от техните недостатъци.
Прилагането на директно изпарение в слънчевият панел прави възможно използването на съоръжението 24 часа 365 дни в годината. Особено подходящо е използването на термоакумулиращи обеми. Така има възможност да се натрупва с най-малки разходи енергия и да се изразходва в часовете, когато няма слънце и COP на системата е по- нисък.
Облекченият монтаж и липсата на необходимост от кладенци, полагането на подземни тръби или натоварвания на покривните конструкции, както и работата при всякакви външни условия без опасност от ниски или високи температури правят тази термопомпа икономически изгодна и удобна.
ТИНОТЕХ предлага и изработка на термопомпа Слънце/Вода по поръчка, със специфични данни и конструкция, съобразени с нуждите на конкретния клиент.
Възможни приложения на термопомпата
КЛИМАТИЗАЦИЯ
Приложението на термопомпите за климатизация в жилищния и индустриалния сектори, днес е реалност, като алтернатива на конвенционалните системи изградени от чилър и котел. Фактически, една и съща машина, посредством реверсивен вентил е в състояние да смени функциите на изпарителя и кондензатора, и така да достави топлина през зимата и хлад през лятото (реверсивен тип). Прилагането на термопомпа за регулиране на температурата от околната среда (отопление+охлаждане) е най-икономичното, тъй като е свързано с по-кратък срок на откупуване на първоначалната инвестиция за системата, благодарение на по-ниските експлоатационни разходи.
ОТОПЛЕНИЕ
Термопомпата може също така да бъде използвана и само за отопление.
ТОПЛА ВОДА
Термопомпата може да осигури целогодишно снабдяване с евтина топла вода с температура 60°С (дори и през лятото, в режим на охлаждане). Компонентите за снабдяване с топла вода се състоят от топлообменник фреон-вода и малка циркулационна помпа. Те могат да бъдат монтирани в общ шкаф, или като малък допълнителен шкаф. Изходящите тръбопроводи се свързват към системата за снабдяване с топла вода.
ОТОПЛЕНИЕ НА БАСЕЙН
Термопомпата, която отоплява къщата може също да се използва и за отопление на басейн. В този случай жилищния отоплителен кръг се затваря и се използва топлообменник за отвеждане на топлината към басейна. Системата може да бъде настроена автоматично да поддържа вътрешна температура като отправя излишната топлина към басейна, свойство което се използва през пролетта и есента. Включването на басейн към системната конфигурацията прави използването на геотермално отопляване икономически по-ефективно.
