Bralni vodnik
Toplotne črpalke so dandanes v modi, 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 bojlerji segrevajo vodo za ogrevanje s toplo vodo ali paro.) Letos je ameriška vlada začela ponujati davčne olajšave za namestitev toplotnih črpalk, ki so običajno dražje vnaprej kot tradicionalne peči. vendar so dolgoročno veliko bolj učinkoviti.
Na področju novih energetskih vozil je zaradi omejene zmogljivosti baterije industrijo spodbudilo tudi k uporabi toplotnih črpalk. Zato je morda čas, da na hitro spoznate, kaj toplotne črpalke pomenijo in kaj počnejo.
Katera je najpogostejša vrsta toplotne črpalke?
Glede na nedavni odmev boste morda presenečeni, ko boste izvedeli, da že uporabljate atoplotna črpalka- verjetno imate več kot enega doma in več kot enega v avtu. Ne imenujete jih toplotne črpalke: uporabljate izraza "hladilnik" ali "klimatska naprava".
Pravzaprav so ti stroji toplotne črpalke, kar pomeni, da prenašajo toploto iz relativno hladnega prostora v relativno vroč prostor. Toplota spontano teče iz vročega v hladno. Če pa ga želite spremeniti iz hladnega v vročega, ga morate "načrpati". Najboljša analogija je voda, ki sama teče po hribu navzdol, vendar jo je treba črpati v hrib.
Ko toploto, ki jo vsebuje nekakšen hladilni hranilnik (zrak, voda itd.), črpate v topli hranilnik, postane hladilni hranilnik hladnejši, vroče skladišče pa bolj vroč. To je pravzaprav tisto, kar je vaš hladilnik ali klimatska naprava - prenaša toploto od tam, kjer je ne potrebujete, nekam drugam, in vam je vseeno, če boste izgubili malo dodatne toplote.
Kako narediti praktičen hladilnik s toplotno črpalko?
Ključni vpogled, ki je ustvariltoplotne črpalke prišel v zgodnjem 19. stoletju, ko so številni izumitelji, vključno z Jacobom Perkinsom, ugotovili, da lahko nekaj ohladijo na ta način, ne da bi zapravljali hlapne tekočine, ki so izhlapele, da bi dosegle hlajenje. Trdili so, da bi bilo namesto izpuščanja teh hlapov v ozračje bolje, da bi jih zbrali, kondenzirali v tekočino in to tekočino ponovno uporabili kot hladilno sredstvo.
Temu so namenjeni hladilniki in klimatske naprave. Izhlapevajo tekoča hladilna sredstva in uporabljajo hladno paro za absorbiranje toplote iz notranjosti hladilnika ali avtomobila. Nato stisnejo plin, ki kondenzira nazaj v tekočo obliko. Ta tekočina je zdaj bolj vroča kot takrat, ko se je začela, tako da lahko nekaj toplote, ki jo zadržuje, zlahka (po možnosti s pomočjo ventilatorja) steče v okoliško okolje - na prostem ali drugam v kuhinji.
Se pravi: dobro poznate toplotne črpalke; Samo, da jih kar naprej imenujete klimatske naprave in hladilniki.
Zdaj pa naredimo še en miselni eksperiment. Če imate okensko klimo, lahko to naredite celo kot pravi poskus. Namestite nazaj. To pomeni, da namestite njegove kontrole zunaj okna. To naredite 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, zaradi česar je vaš dom bolj udoben z ogrevanjem. Seveda hladi zunanji zrak, vendar ta učinek postane minimalen, ko ste stran od sistema Windows.
Zdaj imate toplotno črpalko za ogrevanje vašega doma. Morda ni najboljšitoplotna črpalka, ampak bo šlo. Še več, ko pride poletje, ga lahko obrnete tudi na glavo in ga uporabite kot klimatsko napravo.
Seveda tega dejansko ne storite. Če poskusite, nedvomno ne bo uspelo že ob prvem dežju in v krmilnik pride voda. Namesto tega si lahko kupite komercialno toplotno črpalko "zračni vir", ki za ogrevanje vašega doma uporablja isti princip.
Težava je seveda v tem, da je vodka draga in vam je hitro zmanjka za ohladitev vina. Tudi če vodko zamenjate s cenejšim čistilnim alkoholom, se boste kmalu pritoževali nad stroški.
Nekatere od teh naprav imajo tako imenovane povratne ventile, ki omogočajo, da ista naprava opravlja dvojno vlogo: lahko črpajo toploto od zunaj navznoter ali od znotraj navzven, pri čemer zagotavljajo tako toploto kot klimatsko napravo, kot je opisano spodaj.
Zakaj so toplotne črpalke učinkovitejše od električnih grelnikov?
Toplotne črpalke so učinkovitejše od električnih grelnikov, saj za proizvodnjo toplote ne potrebujejo električne energije. Električna energija, ki jo uporablja atoplotna črpalkaustvarja nekaj toplote, vendar je še pomembneje črpa toploto od zunaj v vaš dom. Razmerje med toploto, sproščeno 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 COP toplotne črpalke lahko za red velikosti višji.
Vendar pa COP toplotne črpalke ni fiksna vrednost. Je obratno sorazmerna temperaturni razliki med rezervoarjema, v katera se črpa toplota. Kljub temu, če črpate toploto iz ne preveč mrzlega zbiralnika v ne preveč vročo stavbo, bo COP velika vrednost, kar pomeni, da je vaša toplotna črpalka zelo učinkovita pri uporabi električne energije. Toda če 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, da kot zunanji hranilnik toplote uporabite najtoplejšo stvar, ki jo lahko najdete.
Toplotne črpalke na zrak, ki uporabljajo zunanji zrak kot hranilnik toplote, so v tem pogledu najslabša možnost, saj je zunanji zrak v zimski ogrevalni sezoni zelo hladen. Še boljše so toplotne črpalke zemlja-voda (imenovane tudi geotermalne toplotne črpalke), saj so tudi pozimi tla na srednjih globinah 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 na primerni globini, na primer nekaj metrov, zakopljete kup cevi. Nato lahko po teh ceveh krožite tekočino (običajno mešanico vode in antifriza), da absorbira toploto iz tal. Druga možnost je, da v tla izvrtate globoke luknje in v te luknje navpično namestite cevi. Vendar bo vse to drago.
Druga strategija, ki je na voljo redkim srečnežem, je pridobivanje toplote iz bližnjega vodnega telesa s potopitvijo cevi v vodo na določeni globini. Imenujejo se toplotne črpalke na vodni vir. Nekatere toplotne črpalke uporabljajo bolj nenavadno strategijo pridobivanja toplote iz zraka, ki zapušča stavbo, ali iz solarne tople vode.
V zelo mrzlih podnebjih je po možnosti smiselna vgradnja toplotne črpalke zemlja-voda. Verjetno je zato večina toplotnih črpalk na Švedskem (ki ima eno od največjih toplotnih črpalk na prebivalca) tega tipa. Toda tudi Švedska ima velik odstotek toplotnih črpalk zrak, kar ovrže splošno trditev (vsaj v Združenih državah), da so toplotne črpalke primerne le za ogrevanje domov v blagih podnebjih.
Kjer koli že ste, če si lahko privoščite višje vnaprejšnje stroške, naslednjič, ko se boste soočili z odločitvijo, kako ogrevati svoj dom, razmislite o uporabi toplotne črpalke namesto običajne peči ali kotla.
Čas objave: 19. oktober 2023