Никой отговорен експерт няма да избере термопомпа, без да знае условията, при които тя ще функционира. Преди да вземе решение, той трябва да знае, наред с други неща: какви са възможностите за извличане на топлинна енергия от околната среда (въздух, вода, почва), в която се намира къщата, какво е потреблението на топлина и дали помпата ще бъде единственият източник на отопление, осигуряващ правилната температура в къщата . Само след като анализира тази информация, той може да избере оптималната термопомпа по отношение на рентабилността на инвестицията и последващите оперативни разходи.
Ефективност на термопомпата
Коефициентът COP се използва за оценка на ефективността на термопомпата. Стойността му определя колко топлинна енергия помпата ще предаде на сградата спрямо енергията, взета от електрическата мрежа.
Стойността на COP варира значително поради променящите се работни условия на помпата и зависи от разликата между температурата на долния и горния източник на топлина. Колкото по-голяма е тя, толкова по-ниска е ефективността на помпата. Неговата мощност също намалява с понижаване на температурата на топлинния източник, който обикновено е въздух, вода или почва.
Например, един от производителите заявява, че неговата помпа има мощност от около 10 kW и ефективност на COP 4,5 при температура на земния източник + 5 ° C и температурата на горния източник + 35 ° C. Това означава, че за всеки доставен киловатчас електричество можем да получим 4,5 кВтч топлинна енергия. От друга страна, при температурата на долния и горния източник, съответно -10 ° C и + 50 ° C, мощността му ще възлиза приблизително на 5,8 kW, а COP ще падне под 3.
Друг важен параметър, влияещ върху ефективността на помпата, е температурата на горния източник на топлина. Ако е твърде висока, това намалява рентабилността от използването на помпата.
Енергия от земята
Можем да я използваме, като направим хоризонтален или вертикален колектор.
Хоризонталният колектор е направен от тръби, разположени спирално или успоредно една на друга в земята. Тръбите се пълнят с гликолов или газов разтвор, който получава топлина от земята и я транспортира до термопомпата. Такъв долен източник изисква парцел с достатъчен размер, често дори два пъти по-голям от площта на отопляемата къща.
Хоризонталният колектор е поставен под зоната на замръзване, т.е. на дълбочина 1,2-1,8 м. Следователно той е изложен на големи температурни колебания през цялата година.
В началото на отоплителния сезон, когато земята е топла, температурата на източника на топлина може да достигне до + 15 ° C. Тогава термопомпата работи перфектно добре. Например неговата ефективност на COP може да бъде около 5 (при 35 ° C). Въпреки това, вече в края на отоплителния сезон - особено когато повърхността на колектора е направена без никакъв резерв - температурата на източника на топлина може да спадне дори под -10 ° C и тогава COP на помпата ще варира около 2 или дори по-малко. И ако зимата е също мразовита, земята може да замръзне, което ще доведе до аварийно спиране на термопомпата. Освен това такава почва ще се регенерира много по-дълго.
Както можете да видите, хоризонталният колектор се характеризира с голяма вариация в мощността и ефективността на термопомпата, поради което при вземането на решение той трябва да бъде значително увеличен.
Вертикалният колектор се състои от сондажи, пробити дори на дълбочина 150 m, в които се вкарват тръби, завършващи с U-образен фитинг и пълни с гликолов разтвор. Този тип източник на топлина се характеризира с висока температурна стабилност. В добре направените кладенци гликолът има постоянна температура (+ 2 ° C), независимо от сезона.
Освен това не се изисква голяма площ на парцела. Единственият недостатък на това решение е по-високите производствени разходи от хоризонталния колектор.
Термопомпа, захранвана от вертикален колектор, има постоянна мощност и висока ефективност през целия отоплителен сезон - стойността на COP е малко над 4.
Енергия от подпочвените води
Това е един от най-ефективните начини за получаване на възобновяема топлинна енергия. Подземните води имат висока температура, независимо от сезона. В зависимост от региона на страната, той варира от +8 до + 12 ° C.
Водата се изпомпва директно през топлообменника, така че няма температурни загуби по стените на тръби, положени в земята, какъвто е случаят с хоризонталните колектори например. Благодарение на това COP на термопомпата може да достигне дори 5.
Обикновено се пробиват две кладенци за получаване на енергия от подпочвените води. Водата се взема от първата и се охлажда с няколко градуса до втората. Кладенците трябва да са на разстояние най-малко 20 м и да достигат същия водоносен хоризонт.
За съжаление, това решение има редица ограничения, свързани с наличието на вода и постоянството на нейните химични параметри. Ако водните слоеве са дълбоки (под 30 m), разходите за електроенергия, свързани с работата на циркулационната помпа, намаляват ефективността на цялата система и разходите за изграждане на самия кладенец ще бъдат значителни. Друг проблем е променливостта на химията на водата. Често се случва след известно време съдържанието на желязо, калций и други минерали да се повиши над допустимото ниво. Това причинява запушване на изпускателния кладенец и обменника в термопомпата и по този начин обездвижване на устройството. Следователно, макар подземните води да са най-евтиният източник на топлина, това е и най-рисковата инвестиция.
Енергия от въздуха
Този източник на енергия все още е подценяван, въпреки факта, че е един от най-евтините (не изисква никакви земни работи). Притесненията на инвеститорите произтичат от факта, че мощността и ефективността на термопомпата намаляват с падането на външната температура.
Това несъмнено е много неблагоприятно явление. Колкото по-ниска е температурата на външния въздух, толкова повече енергия ни е необходима за отопление на къщата и тогава помпата е по-малко ефективна. Това обаче не е функция, която дисквалифицира това решение.
Производителите осигуряват мощността на своите устройства за външна температура от 7 ° C (това е номиналната мощност). При тези условия ефективността им е дори повече от 4,5. Съвременните устройства от този тип работят дори до -20 ° C. Разбира се, ефективността им тогава е ниска - близо до 1 - и мощността им ще възлиза на само 25% от номиналната мощност. Но дори и при външна температура от -10 ° C, помпата ще работи с COP, варираща около 2 и ще работи при половината от номиналната си мощност. При типична температура през зимния сезон, която се колебае около 0 ° C, термопомпата вече ще дава около три пъти повече енергия, отколкото консумира от електрическата мрежа, а мощността й ще бъде само с десетина процента по-ниска от необходимата.
Поради тези причини този тип термопомпа винаги трябва да се използва с допълнителен източник на топлина. Най-често това е просто електрически нагревател.
Въздушна помпа и други термопомпи
Да приемем, че къщата е в Мазовецко воеводство и е с площ приблизително 150 m2. Външните му стени и приземният етаж са изолирани с 20 см слой полистирол, а покривът с 30 см слой минерална вата. Инсталираните в него прозорци имат коефициент на топлопреминаване U = 1,1 W / (m2K). Той използва подово отопление, захранвано с вода при 35 ° C и механична вентилация с рекуперация на топлина. Топлинните нужди на къщата за отопление и топла вода са 6,5 kW. Решено е да се загрее с въздушна термопомпа.
Въздействие върху местоположението. Както знаете, разходите за отопление на къщи зависят пряко от ефективността на термопомпата, а това от своя страна зависи от температурата на горния и долния източник. За да се оцени целесъобразността на използването на термопомпа у дома, професионалистите трябва, inter alia, да се позовават на изчислената температура. В централната част на Полша е -20 ° C, в планините -24 ° C, а в морския бряг -16 ° C.
Ефективност на термопомпите. Сравнявайки ефективността на различните помпи при външна температура от -20 ° C, въздушната определено е най-лошата. Той ще достигне COP около 1. Въпреки това, при тези условия, COP за модели, използващи енергия от вода или вертикален колектор, ще бъде над 4.
Трябва обаче да се има предвид, че обикновено има малко такива мразовити дни. Според 30-годишните измервания на средната температура, в центъра на Полша, през зимата, има само няколко десетки часа със слана над -15 ° C и няколкостотин от -10 ° C.
Разход за отопление на въздушната помпа. Ако използваме въздушна термопомпа с номинална мощност 10 kW за отопление на тази къща, стига външната температура да не падне под -10 ° C, устройството няма да използва електрически нагревател. За такава помпа трябва да платите около 20 000, разходите за този тип отопление през студената зима биха били 2000 …
Сравнение със земна помпа. Ако заменим въздушната помпа с наземна въздушна помпа с вертикални сондажи, ще платим около 45 хиляди, а разходите за отопление ще спаднат до 1100. Вижда се, че за разликата в цената между двете устройства, бихме могли да отопляваме къщата с въздушна помпа за повече от 12 години ((45 хиляди - 20 хиляди) / 2 хиляди. = 12,5 години).
