Sprievodca čítaním
Tepelné čerpadlá sú v súčasnosti veľmi populárne, najmä v Európe, kde niektoré krajiny pracujú na zákaze inštalácie pecí a kotlov na fosílne palivá v prospech ekologickejších možností vrátane energeticky úsporných tepelných čerpadiel. (Pece ohrievajú vzduch a distribuujú ho potrubím po celom dome, zatiaľ čo kotly ohrievajú vodu na ohrev vody alebo parné vykurovanie.) Tento rok začala vláda USA ponúkať daňové úľavy na inštaláciu tepelných čerpadiel, ktoré bývajú na začiatku drahšie ako tradičné pece, ale z dlhodobého hľadiska sú oveľa efektívnejšie.
V oblasti vozidiel s novými zdrojmi energie je obmedzená kapacita batérií dôvodom, prečo sa priemysel obrátil na tepelné čerpadlá. Možno je teda čas rýchlo sa naučiť, čo tepelné čerpadlá znamenajú a na čo slúžia.
Aký je najbežnejší typ tepelného čerpadla?
Vzhľadom na nedávny rozruch vás možno prekvapí, že už používatetepelné čerpadlo- pravdepodobne ich máte doma viac ako jedno a viac ako jedno aj v aute. Len ich nenazývate tepelnými čerpadlami: používate termíny „chladnička“ alebo „klimatizácia“.
V skutočnosti sú tieto stroje tepelné čerpadlá, čo znamená, že presúvajú teplo z relatívne studeného miesta na relatívne teplé. Teplo prúdi spontánne z teplého na studené. Ak ho však chcete zmeniť zo studeného na teplé, musíte ho „prečerpať“. Najlepšou analógiou je voda, ktorá sama steká dolu kopcom, ale treba ju prečerpať hore kopcom.
Keď prečerpáte teplo obsiahnuté v nejakom druhu chladiaceho zásobníka (vzduch, voda atď.) do teplého zásobníka, chladiaci zásobník sa ochladí a teplý zásobník sa zahreje. O to vlastne vaša chladnička alebo klimatizácia slúži – presúva teplo z miesta, kde nie je potrebné, niekam inam a vám nevadí, že premárnite trochu tepla navyše.
Ako vyrobiť praktický chladič s tepelným čerpadlom?
Kľúčový poznatok, ktorý priniesoltepelné čerpadlá Prišlo to začiatkom 19. storočia, keď si niekoľko vynálezcov vrátane Jacoba Perkinsa uvedomilo, že týmto spôsobom môžu niečo ochladiť bez toho, aby sa plytvalo prchavými kvapalinami, ktoré sa odparovali na dosiahnutie chladenia. Namiesto vypúšťania týchto pár do atmosféry, tvrdili, by bolo lepšie ich zhromaždiť, kondenzovať do kvapaliny a túto kvapalinu znovu použiť ako chladivo.
Na to slúžia chladničky a klimatizácie. Odparujú kvapalné chladiace látky a pomocou studenej pary absorbujú teplo z vnútra chladničky alebo auta. Potom stlačia plyn, ktorý kondenzuje späť do kvapalnej formy. Táto kvapalina je teraz teplejšia ako na začiatku, takže časť tepla, ktoré obsahuje, môže ľahko (možno s pomocou ventilátora) prúdiť do okolitého prostredia – či už vonku alebo inde v kuchyni.
To znamená: tepelné čerpadlá veľmi dobre poznáte; len ich stále nazývate klimatizácie a chladničky.
Teraz urobme ďalší myšlienkový experiment. Ak máte okennú klimatizáciu, môžete ju dokonca urobiť ako skutočný experiment. Nainštalujte ju naopak. To znamená, že jej ovládacie prvky nainštalujete von z okna. Urobte to v chladnom a suchom počasí. Čo sa stane?
Ako by ste očakávali, fúka studený vzduch do vášho dvora a uvoľňuje teplo do vášho domu. Takže stále prenáša teplo, čím sa váš domov spríjemňuje tým, že ho vykuruje. Iste, ochladzuje vzduch vonku, ale tento efekt sa minimálne prejaví, keď ste preč od okien.
Teraz máte tepelné čerpadlo na vykurovanie vášho domu. Možno to nie je najlepšie riešenie.tepelné čerpadlo, ale bude to fungovať. Navyše, keď príde leto, môžete ho otočiť hore nohami a použiť ako klimatizáciu.
Samozrejme, nerobte to. Ak to skúsite, nepochybne to zlyhá pri prvom daždi a do regulátora sa dostane voda. Namiesto toho si môžete kúpiť komerčné tepelné čerpadlo „vzduch-voda“, ktoré používa rovnaký princíp na vykurovanie vášho domu.
Problém je samozrejme v tom, že vodka je drahá a rýchlo vám dôjde na vychladenie vína. Aj keď vodku nahradíte lacnejším liehom, čoskoro sa budete sťažovať na náklady.
Niektoré z týchto zariadení majú takzvané spätné ventily, ktoré umožňujú tomu istému zariadeniu vykonávať dvojitú úlohu: môžu čerpať teplo zvonku dovnútra alebo zvnútra von, čím zabezpečujú vykurovanie aj klimatizáciu, ako je opísané nižšie.
Prečo sú tepelné čerpadlá účinnejšie ako elektrické ohrievače?
Tepelné čerpadlá sú účinnejšie ako elektrické ohrievače, pretože na výrobu tepla nepotrebujú elektrinu. Elektrina spotrebovanátepelné čerpadlogeneruje určité teplo, ale čo je dôležitejšie, pumpuje teplo zvonku do vášho domu. Pomer tepla uvoľneného do domu k energii odoslanej do elektrického kompresora sa nazýva vykurovací koeficient alebo COP.
Jednoduchý elektrický ohrievač priestoru, ktorý poskytuje všetko teplo generované elektrickým vykurovacím telesom, má COP 1. Na druhej strane, COP tepelného čerpadla môže byť rádovo vyšší.
COP tepelného čerpadla však nie je fixná hodnota. Je nepriamo úmerný teplotnému rozdielu medzi dvoma zásobníkmi, v ktorých sa teplo čerpá. Ak však čerpáte teplo z nie príliš studeného zásobníka do nie príliš teplej budovy, COP bude mať vysokú hodnotu, čo znamená, že vaše tepelné čerpadlo je veľmi efektívne pri využívaní elektriny. Ak sa však pokúsite čerpať teplo z extrémne studeného zásobníka do už teplej budovy, hodnota COP sa zníži, čo znamená, že účinnosť utrpí.
Výsledok je to, čo intuitívne očakávate: ako vonkajší zásobník tepla je najlepšie použiť najteplejšiu vec, akú nájdete.
Tepelné čerpadlá vzduch-voda, ktoré využívajú vonkajší vzduch ako zásobník tepla, sú v tomto smere najhoršou možnosťou, pretože vonkajší vzduch je počas zimnej vykurovacej sezóny veľmi studený. Ešte lepšími sú tepelné čerpadlá zem-voda (známe aj ako geotermálne tepelné čerpadlá), pretože aj v zime je zem v stredných hĺbkach stále dosť teplá.
Aký je najlepší zdroj tepla pre tepelné čerpadlá?
Problém so zdrojom pozemného zdrojatepelné čerpadláje, že potrebujete spôsob, ako sa dostať k tomuto zakopanému zásobníku tepla. Ak máte okolo domu dostatok miesta, môžete vykopať priekopy a zakopať niekoľko potrubí v primeranej hĺbke, napríklad niekoľko metrov. Potom môžete cez tieto potrubia cirkulovať kvapalinu (zvyčajne zmes vody a nemrznúcej zmesi), ktorá absorbuje teplo zo zeme. Prípadne môžete vyvŕtať hlboké otvory do zeme a vertikálne do nich nainštalovať potrubia. Toto všetko však bude drahé.
Ďalšou stratégiou, ktorá je k dispozícii len niekoľkým šťastlivcom, je získavať teplo z blízkej vodnej plochy ponorením potrubia do vody v určitej hĺbke. Tieto sa nazývajú tepelné čerpadlá voda-voda. Niektoré tepelné čerpadlá používajú nezvyčajnejšiu stratégiu získavania tepla zo vzduchu opúšťajúceho budovu alebo zo solárnej teplej vody.
Vo veľmi chladnom podnebí má zmysel inštalovať tepelné čerpadlo zem-voda, ak je to možné. To je pravdepodobne dôvod, prečo je väčšina tepelných čerpadiel vo Švédsku (ktoré má jeden z najvyšších počtov tepelných čerpadiel na obyvateľa) tohto typu. Ale aj Švédsko má veľké percento tepelných čerpadiel vzduch-voda, čo vyvracia bežné tvrdenie (aspoň v Spojených štátoch), že tepelné čerpadlá sú vhodné len na vykurovanie domov v miernom podnebí.
Takže nech ste kdekoľvek, ak si môžete dovoliť vyššie počiatočné náklady, nabudúce, keď budete čeliť rozhodovaniu o tom, ako vykurovať svoj domov, zvážte použitie tepelného čerpadla namiesto tradičných pecí alebo kotla.
Čas uverejnenia: 19. októbra 2023