Kako deluje toplotna črpalka in zakaj se jo splača vgraditi? Delovanje toplotne črpalke temelji na cikličnem spreminjanju agregatnega stanja (tekočina - plin - tekočina - plin) delovnega medija, ki kroži v zaprtem sistemu. Zaporedoma je uparjen, stisnjen, kondenziran in razširjen.

Toplotna črpalka je naprava, ki za ogrevanje prostorov uporablja toploto iz okolja - običajno jo zajema iz zemlje, vode ali zraka in prenaša v ogrevalni sistem. Na ta način vam omogoča uporabo energije, ki vam je ni treba plačati. Poleg tega toplotna črpalka ne porablja goriva, ne oddaja izpušnih plinov, učinek njenega delovanja pa je le nekaj stopinj znižanje temperature medija, od katerega sprejema toploto.Sliši se spodbudno, kajne? Ja, ampak seveda mora obstajati ulov - nič ni zastonj.

Kazalo

  1. Kako deluje ogrevalni sistem s toplotno črpalko
  2. Kako deluje toplotna črpalka - kako poteka prenos toplote?
  3. Kako deluje toplotna črpalka zemlja-voda
  4. Energija iz podzemne vode
  5. Kako deluje plinska absorpcijska toplotna črpalka

Kako deluje ogrevalni sistem s toplotno črpalko

Prvič, toplotna črpalka je relativno draga. Na srečo pa ne toliko, da je ne bi bilo mogoče široko uporabljati. Drugi problem - za prenos toplote mora biti toplotna črpalka napajana z energijo. V napravah, ki se običajno uporabljajo, je to električna energija - najdražji izmed priljubljenih nosilcev energije. Govori se, da toplotna črpalka ne potrebuje veliko in da je njeno delovanje zelo poceni, a ali je res tako? Navsezadnje je donosnost njegove uporabe odvisna od tega.

Tipičen ogrevalni sistem s toplotno črpalko sestavljajo 3 bistvene komponente:

  • toplotna črpalka
  • nižji vir toplote
  • vrhunski vir toplote

Spodnji vir toplote je lahko naprava, ki omogoča zbiranje toplote iz zemlje ali vodnega zbiralnika, ali naprava, ki jo uporablja za sprejem iz zraka (z ventilatorjem).

Zgornji vir toplote je običajno sistem njene distribucije v objektu, to je napeljava centralnega ogrevanja in priprava sanitarne sanitarne vode (možno je delovanje sistema tudi v obratni smeri - napeljava ogrevanja potem postane spodnji vir in se uporablja za hlajenje prostorov).

Kako deluje toplotna črpalka - kako poteka prenos toplote?

Kako je mogoče, da se toplota iz hladnejšega okolja prenese v veliko toplejše prostore?

Naprava, imenovana toplotna črpalka, služi za prenos toplote iz spodnjega vira z nizko temperaturo v zgornji vir, kjer je temperatura tudi nekaj deset stopinj višja.To se izvede s pomočjo hladilnega sredstva, ki kroži v notranjem krogu toplotne črpalke in je tekočina s posebnimi lastnostmi. Podvržena je termodinamičnim procesom: pri nizki temperaturi izhlapi in tako absorbira toploto iz okolja. Že kot plin se stisne v kompresorju, ki ga poganja elektrika, zaradi česar se njegova temperatura poveča. Postane tako visoka, da zadošča za ogrevanje vode v sistemu centralnega ogrevanja ali vpihanega zraka v prostore. Z oddajanjem toplote delovni medij kondenzira in postane tekočina. Teče skozi dušilni element, kjer zaradi raztezanja njegova temperatura močno pade. V tem stanju se vrne v izmenjevalnik, kjer sprejme toploto iz okolja in celoten cikel se ponovi.

V najbolj priljubljenih toplotnih črpalkah, ki se uporabljajo v enodružinskih hišah, je električni kompresor odgovoren za povečanje tlaka pare. Toplotna črpalka s svojim delovanjem omogoča prenos toplote iz medija z nižjo temperaturo v medij z višjo temperaturo (kar je – kot se morda zdi – v nasprotju z drugim zakonom dinamike).Izmenjava toplote med hlapi hladilnega sredstva in vodo v ogrevalnem sistemu poteka v toplotnem izmenjevalniku, imenovanem kondenzator – ker je učinek prenosa toplote na vodo kondenzacija pare. Čeprav se na tem mestu transport toplote med spodnjim in zgornjim virom konča, je v toplotni črpalki potreben še en proces - znižanje tlaka delovnega medija, zaradi česar njegova temperatura pade na nižjo raven kot v spodnjem toplotnem viru. , kar je pogoj za prejem toplote iz njega. Ekspanzijski ventil je odgovoren za zmanjšanje tlaka. Električna energija je potrebna za delovanje kompresorja, pa tudi za napajanje ostalih komponent sistema toplotne črpalke – regulatorja ali obtočnih črpalk. To lahko povzroči pomisleke glede tekočih stroškov.

Elektrika pa je le del energije, ki jo črpalka dovaja v prostore v obliki toplote. Ostalo je spodnji vir, kar pomeni, da je brezplačno. Zaradi tega je toplotna črpalka ne glede na spreminjajoče se cene goriv in energije še vedno ena najcenejših ogrevalnih naprav, v kombinaciji s fotovoltaiko pa lahko njeno delovanje stane skoraj nič.

Kako deluje toplotna črpalka zemlja-voda

Za toplotne črpalke, ki uporabljajo toploto iz zemlje, je potrebna posebna naprava, imenovana zemeljski izmenjevalnik toplote za prenos toplote v uparjalnik črpalke. Izdelan je iz gibljivih cevi, ki jih položite v tla v eni ali dveh ravninah ali v obliki spirale. Da bi dobili največ toplote, je treba izmenjevalnik toplote postaviti na globino, kjer je temperatura tal najvišja. Zaradi stroškov in donosnosti investicije je položen le nekoliko pod lediščem tal (odvisno od regije Poljske je od 0,8 do 1,4 m pod nivojem tal).

Količina toplote, ki jo lahko odvzamemo zemlji, je odvisna predvsem od fizikalnih lastnosti tal, predvsem njene vlažnosti, v določeni meri pa tudi od osončenosti območja. Gostota toplotnega toka v glinenih tleh doseže več kot 30 W/m2, medtem ko je v suhih, peščenih tleh lahko celo do 10 W/m2, torej trikrat manj.Zato lahko površina izmenjevalnika, ki je potrebna za doseganje ogrevalne moči 10 kW, znaša od 330 do celo 1000 m22 Izmenjevalniki, položeni vodoravno v zemljo, zahtevajo veliko prostora na parceli.

Izmenjevalniki v obliki vertikalnih sond so glede tega manj zahtevni. Cevi takšnega izmenjevalnika so nameščene v vrtinah globine od nekaj deset do nekaj sto metrov. To je težje kot vodoravno polaganje cevi, zahteva posebno opremo in zato dražje. Lahko pa se izkaže za donosno na parcelah z zelo nizko gladino podzemne vode, kjer bi horizontalni prenosnik toplote moral imeti zelo veliko površino. Kot okvirno lahko predpostavimo, da je za pridobitev 1 kW ogrevalne moči potrebna vrtina globine 20 m (tj. kar 200 m pri porabi 10 kW). Na splošno se namesto ene zelo globoke vrtine naredi več plitvejših vrtin, ki naj bodo med seboj oddaljene vsaj 5 m.

Energija iz podzemne vode

Če je povpraševanje po toploti veliko, je morda bolj donosno pridobivanje energije iz podtalnice ali površinske vode - njihova temperatura se pozimi giblje med 0 in 10 °C. Energetski kazalniki takšne rešitve so še ugodnejši kot pri zemeljskih črpalkah, vendar je treba upoštevati dodatne stroške in težave, ki so posledica onesnaževanja vode. Potrebno ga je pogosto filtrirati in čistiti ter celo zamenjati korozivne elemente napeljave. Za doseganje 10kW je potrebnih več kot 2 m3/h vode pri 5°C, zato črpanje le-te porabi precejšnjo količino energije, kar negativno vpliva na učinkovitost sistema.

Kako deluje plinska absorpcijska toplotna črpalka

To je posebna vrsta toplotne črpalke, pri kateri se ne uporablja električni kompresor za povečanje parnega tlaka delovnega medija. Namesto tega ima absorpcijska črpalka sistem, imenovan toplotni kompresor, ki ga sestavljajo absorber, generator, črpalka za raztopino in ekspanzijski element.Hladilno sredstvo je vodna raztopina amoniaka R717, ki ima nizko vrelišče in nima negativnega vpliva na okolje. Ko je sistem enkrat napolnjen z njim, ga ni treba ponovno polniti. Povišanje temperature medija v taki napravi ne nastane zaradi delovanja kompresorja, temveč zaradi delovanja plinskega gorilnika (zemeljskega ali utekočinjenega plina). Toplota, ki jo dovaja generatorju, povzroči, da amoniak izhlapi iz bogate raztopine (ki vsebuje veliko amoniaka), nastala para pa prenese toploto v kondenzator, kjer se segreje voda, ki napaja ogrevalni sistem. Nato gre hladilno sredstvo do ekspanzijskega ventila, od koder nizkotlačni tekoči amoniak teče v uparjalnik, kjer absorbira toploto iz spodnjega vira in s tem izhlapi. Hlape amoniaka absorbira slaba raztopina amoniaka (v absorberju) in nato s črpalko črpa v digestor. Porabo električne energije lahko štejemo za zanemarljivo, saj napaja le črpalko raztopine in ventilator (potreben za pridobivanje toplote iz zraka).Po drugi strani pa je poraba plina manjša kot pri priljubljenih kondenzacijskih kotlih za 20-25 %. Plinske absorpcijske toplotne črpalke lahko uporabljajo različne vrste nižjih virov - zrak, zemljo, vodo in odpadno toploto. Namenjeni so za zunanjo montažo, s čimer se izognete stroškom in morebitnim zagatam, povezanim z montažo dimovodne cevi, napeljavo plinskega sistema v objekt in zagotovitvijo v tem primeru potrebnega prezračevanja.

Kategorija:

Obnova