Vodnik za branje
Toplotne črpalke so danes zelo priljubljene, zlasti v Evropi, kjer si nekatere države prizadevajo za prepoved vgradnje peči in kotlov na fosilna goriva v korist okolju prijaznejših možnosti, vključno z energetsko učinkovitimi toplotnimi črpalkami. (Peči segrevajo zrak in ga distribuirajo po ceveh po hiši, medtem ko kotli segrevajo vodo za ogrevanje vode ali paro.) Letos je ameriška vlada začela ponujati davčne spodbude za vgradnjo toplotnih črpalk, ki so običajno dražje na začetku kot tradicionalne peči, vendar so dolgoročno veliko bolj učinkovite.
Na področju vozil z novimi viri energije je omejena zmogljivost baterij spodbudila industrijo, da se obrne na toplotne črpalke. Morda je torej čas, da se hitro naučimo, kaj toplotne črpalke pomenijo in kaj počnejo.
Katera je najpogostejša vrsta toplotne črpalke?
Glede na nedavno razburjenje boste morda presenečeni, ko boste izvedeli, da že uporabljatetoplotna črpalka- verjetno jih imate več kot enega doma in več kot enega v avtu. Le ne imenujete jih toplotne črpalke: uporabljate izraza "hladilnik" ali "klimatska naprava".
Pravzaprav so te naprave toplotne črpalke, kar pomeni, da premikajo toploto iz relativno hladnega mesta na relativno vroče. Toplota spontano teče iz vročega v hladno. Če pa jo želite spremeniti iz hladnega v vroče, jo morate "črpati". Najboljša analogija tukaj je voda, ki sama teče po hribu navzdol, vendar jo je treba črpati navzgor.
Ko toploto, ki jo vsebuje nekakšen hladilni rezervoar (zrak, voda itd.), prečrpate v vroči rezervoar, se hladilni rezervoar ohladi, vroči rezervoar pa se segreje. Prav za to je namenjen vaš hladilnik ali klimatska naprava – toploto premakne od tam, kjer ni potrebna, nekam drugam, in vam je vseeno, če s tem zapravite nekaj dodatne toplote.
Kako narediti praktičen hladilnik s toplotno črpalko?
Ključni vpogled, ki je prineseltoplotne črpalke Pojavil se je v začetku 19. stoletja, ko je več izumiteljev, vključno z Jacobom Perkinsom, spoznalo, da lahko na ta način nekaj ohladijo, ne da bi pri tem zapravljali hlapne tekočine, ki so izhlapele za doseganje hlajenja. Namesto da bi te hlape sproščali v ozračje, so trdili, da bi bilo bolje, da jih zberejo, kondenzirajo v tekočino in to tekočino ponovno uporabijo kot hladilno sredstvo.
Za to so namenjeni hladilniki in klimatske naprave. Izhlapevajo tekoča hladilna sredstva in s hladno paro absorbirajo toploto iz notranjosti hladilnika ali avtomobila. Nato stisnejo plin, ki se kondenzira nazaj v tekočo obliko. Ta tekočina je zdaj bolj vroča kot na začetku, zato lahko del toplote, ki jo zadržuje, zlahka (morda s pomočjo ventilatorja) odteče v okolico – bodisi zunaj bodisi drugje v kuhinji.
Kljub temu: toplotne črpalke zelo dobro poznate; le da jih ves čas imenujete klimatske naprave in hladilniki.
Zdaj pa naredimo še en miselni poskus. Če imate okensko klimatsko napravo, jo lahko izvedete celo kot pravi poskus. Namestite jo obrnjeno. To pomeni, da namestite njene krmilnike zunaj okna. To storite v hladnem in suhem vremenu. Kaj se bo zgodilo?
Kot bi pričakovali, piha hladen zrak na vaše dvorišče in sprošča toploto v vaš dom. Torej še vedno prenaša toploto in s tem ogreva vaš dom, zaradi česar je bolj udoben. Seveda hladi zunanji zrak, vendar ta učinek postane minimalen, ko niste v bližini oken.
Zdaj imate toplotno črpalko za ogrevanje doma. Morda ni najboljšatoplotna črpalka, ampak bo delovalo. Še več, ko pride poletje, ga lahko obrnete tudi na glavo in uporabite kot klimatsko napravo.
Seveda tega v resnici ne storite. Če poskusite, bo nedvomno odpovedal že ob prvem dežju in v krmilnik vstopi voda. Namesto tega si lahko kupite komercialno toplotno črpalko "zrak-voda", ki uporablja isto načelo za ogrevanje vašega doma.
Težava je seveda v tem, da je vodka draga in da vam bo hitro zmanjkalo za hlajenje vina. Tudi če vodko zamenjate s cenejšim alkoholom, se boste kmalu pritoževali nad stroški.
Nekatere od teh naprav imajo tako imenovane povratne ventile, ki isti napravi omogočajo dvojno vlogo: lahko črpajo toploto od zunaj navznoter ali od znotraj navzven, kar zagotavlja tako ogrevanje kot klimatizacijo, kot je opisano spodaj.
Zakaj so toplotne črpalke učinkovitejše od električnih grelnikov?
Toplotne črpalke so učinkovitejše od električnih grelnikov, ker za proizvodnjo toplote ne potrebujejo elektrike. Elektrika, ki jo porabitoplotna črpalkaResda proizvaja nekaj toplote, a še pomembneje je, da črpa toploto od zunaj v vaš dom. Razmerje med toploto, ki se sprosti v dom, in energijo, poslano električnemu kompresorju, se imenuje koeficient učinkovitosti ali COP.
Preprost električni grelnik prostorov, ki zagotavlja vso toploto, ki jo ustvari električni grelni element, ima COP 1. Po drugi strani pa je lahko COP toplotne črpalke za velikostni red višji.
Vendar pa COP toplotne črpalke ni fiksna vrednost. Je obratno sorazmeren s temperaturno razliko med obema rezervoarjema, v katera se črpa toplota. Če pa črpate toploto iz ne prehladnega rezervoarja v ne prevročo stavbo, bo COP velika vrednost, kar pomeni, da je vaša toplotna črpalka zelo učinkovita pri porabi električne energije. Če pa poskušate črpati toploto iz izjemno hladnega rezervoarja v že toplo stavbo, se vrednost COP zmanjša, kar pomeni, da trpi učinkovitost.
Rezultat je tisto, kar intuitivno pričakujete: najbolje je uporabiti najtoplejšo stvar, ki jo lahko najdete, kot zunanji rezervoar toplote.
Toplotne črpalke zrak-voda, ki kot rezervoar toplote uporabljajo zunanji zrak, so v tem pogledu najslabša možnost, ker je zunanji zrak v zimski ogrevalni sezoni zelo hladen. Še boljše so toplotne črpalke zemlja-voda (znane tudi kot geotermalne toplotne črpalke), saj so tudi pozimi tla na srednji globini še vedno precej topla.
Kateri je najboljši vir toplote za toplotne črpalke?
Težava z zemeljskim viromtoplotne črpalkeje, da potrebujete način za dostop do tega zakopanega rezervoarja toplote. Če imate okoli doma dovolj prostora, lahko izkopljete jarke in zakopljete kup cevi na razumni globini, na primer nekaj metrov globoko. Nato lahko skozi te cevi spustite tekočino (običajno mešanico vode in antifriza), da absorbira toploto iz tal. Lahko pa izvrtate globoke luknje v zemljo in vanje namestite cevi navpično. Vse to pa bo drago.
Druga strategija, ki je na voljo redkim srečnežem, je pridobivanje toplote iz bližnjega vodnega telesa tako, da cev potopijo v vodo na določeni globini. Te se imenujejo toplotne črpalke voda-voda. Nekatere toplotne črpalke uporabljajo bolj nenavadno strategijo pridobivanja toplote iz zraka, ki zapušča stavbo, ali iz sončne tople vode.
V zelo hladnih podnebjih je smiselno namestiti toplotno črpalko zemlja-voda, če je le mogoče. To je verjetno razlog, zakaj je večina toplotnih črpalk na Švedskem (ki ima eno največjih števil toplotnih črpalk na prebivalca) te vrste. Toda tudi Švedska ima velik odstotek toplotnih črpalk zrak-voda, kar ovrže splošno trditev (vsaj v Združenih državah), da so toplotne črpalke primerne le za ogrevanje domov v milem podnebju.
Torej, kjer koli že ste, če si lahko privoščite višje začetne stroške, naslednjič, ko se boste soočili z odločitvijo o tem, kako ogrevati svoj dom, razmislite o uporabi toplotne črpalke namesto tradicionalne peči ali kotla.
Čas objave: 19. oktober 2023