Przewodnik po czytaniu
Pompy ciepła cieszą się obecnie ogromną popularnością, szczególnie w Europie, gdzie niektóre kraje pracują nad zakazem instalowania pieców i kotłów na paliwa kopalne na rzecz opcji bardziej przyjaznych dla środowiska, w tym energooszczędnych pomp ciepła. (Piece podgrzewają powietrze i rozprowadzają je rurami po całym domu, podczas gdy kotły podgrzewają wodę, aby zapewnić ogrzewanie ciepłej wody lub pary). W tym roku rząd Stanów Zjednoczonych zaczął oferować zachęty podatkowe za instalowanie pomp ciepła, które zwykle kosztują z góry więcej niż tradycyjne piece ale na dłuższą metę są o wiele bardziej skuteczne.
W dziedzinie pojazdów o nowej energii, ponieważ pojemność akumulatorów jest ograniczona, również skłoniło to branżę do skierowania się w stronę pomp ciepła. Może więc czas szybko dowiedzieć się, co oznaczają pompy ciepła i do czego służą.
Jaki jest najpopularniejszy typ pompy ciepła?
Biorąc pod uwagę niedawny szum, możesz być zaskoczony, gdy dowiesz się, że już używaszpompa ciepła- prawdopodobnie masz więcej niż jeden w domu i więcej niż jeden w samochodzie. Po prostu nie nazywa się ich pompami ciepła: używa się terminów „lodówka” lub „klimatyzator”.
W rzeczywistości maszyny te są pompami ciepła, co oznacza, że przenoszą ciepło ze stosunkowo zimnego miejsca do stosunkowo gorącego miejsca. Ciepło przepływa spontanicznie od ciepła do zimna. Ale jeśli chcesz zmienić go z zimnego na gorący, musisz go „pompować”. Najlepszą analogią jest tutaj woda, która sama spływa ze wzgórza, ale wymaga pompowania w górę.
Kiedy pompujesz ciepło zawarte w jakimś chłodni (powietrze, woda itp.) do magazynu gorącego, chłodnia staje się zimniejsza, a magazyn gorący nagrzewa się. Właściwie o to właśnie chodzi w Twojej lodówce lub klimatyzatorze – przenosi ciepło z miejsca, gdzie nie jest potrzebne, do innego miejsca i nie przejmujesz się, jeśli zmarnujesz trochę dodatkowego ciepła.
Jak zrobić praktyczny agregat chłodniczy z pompą ciepła?
Kluczowe spostrzeżenie, które wygenerowałopompy ciepła pojawił się na początku XIX wieku, kiedy wielu wynalazców, w tym Jacob Perkins, zdało sobie sprawę, że można w ten sposób schłodzić coś bez marnowania lotnych cieczy, które odparowują w celu osiągnięcia chłodzenia. Argumentowali, że zamiast uwalniać te opary do atmosfery, lepiej byłoby je zebrać, skroplić do postaci cieczy i ponownie wykorzystać jako chłodziwo.
Właśnie do tego służą lodówki i klimatyzatory. Odparowują ciekłe czynniki chłodnicze i wykorzystują zimną parę do pochłaniania ciepła z wnętrza lodówki lub samochodu. Następnie sprężają gaz, który skrapla się z powrotem do postaci ciekłej. Płyn ten jest teraz cieplejszy niż na początku, więc część zawartego w nim ciepła może z łatwością (prawdopodobnie za pomocą wentylatora) przedostać się do otoczenia – czy to na zewnątrz, czy w innym miejscu w kuchni.
To powiedziawszy: jesteś bardzo zaznajomiony z pompami ciepła; Tyle, że ciągle nazywacie je klimatyzatorami i lodówkami.
A teraz przeprowadźmy kolejny eksperyment myślowy. Jeśli masz klimatyzację okienną, możesz to nawet zrobić w ramach prawdziwego eksperymentu. Zainstaluj odwrotnie. Oznacza to, że zainstaluj elementy sterujące za oknem. Zrób to przy chłodnej i suchej pogodzie. Co się stanie?
Jak można się spodziewać, wdmuchuje zimne powietrze na podwórko i oddaje ciepło do domu. Zatem nadal transportuje ciepło, dzięki czemu Twój dom staje się bardziej komfortowy, ogrzewając go. Jasne, chłodzi powietrze na zewnątrz, ale efekt ten staje się minimalny, gdy jesteś z dala od systemu Windows.
Masz teraz pompę ciepła, która ogrzeje Twój dom. Może nie być najlepiejpompa ciepła, ale będzie działać. Co więcej, gdy nadejdzie lato, można go również odwrócić do góry nogami i wykorzystać jako klimatyzator.
Oczywiście, naprawdę tego nie rób. Jeśli spróbujesz, niewątpliwie zakończy się to niepowodzeniem przy pierwszym deszczu i wodzie przedostającej się do sterownika. Zamiast tego możesz kupić sobie komercyjną pompę ciepła „powietrzną”, która wykorzystuje tę samą zasadę do ogrzewania domu.
Problem jest oczywiście w tym, że wódka jest droga i szybko jej zabraknie do schłodzenia wina. Nawet jeśli zastąpisz wódkę tańszym alkoholem do nacierania, wkrótce będziesz narzekać na wydatek.
Niektóre z tych urządzeń posiadają tak zwane zawory przełączające, które pozwalają temu samemu urządzeniu pełnić podwójną rolę: mogą pompować ciepło z zewnątrz do wewnątrz lub od wewnątrz na zewnątrz, zapewniając zarówno ogrzewanie, jak i klimatyzację, jak opisano poniżej.
Dlaczego pompy ciepła są bardziej wydajne niż grzejniki elektryczne?
Pompy ciepła są bardziej wydajne niż grzejniki elektryczne, ponieważ nie wymagają prądu do wytworzenia ciepła. Energia elektryczna zużywana przez Apompa ciepłageneruje trochę ciepła, ale co ważniejsze, pompuje ciepło z zewnątrz do domu. Stosunek ciepła uwalnianego do domu do energii wysłanej do sprężarki elektrycznej nazywany jest współczynnikiem wydajności (COP).
Prosty elektryczny grzejnik pomieszczeń, który dostarcza całe ciepło wytwarzane przez elektryczny element grzejny, ma współczynnik COP równy 1. Z drugiej strony współczynnik COP pompy ciepła może być o rząd wielkości wyższy.
Jednak COP pompy ciepła nie jest wartością stałą. Jest odwrotnie proporcjonalna do różnicy temperatur pomiędzy dwoma zbiornikami, w których pompowane jest ciepło. To powiedziawszy, jeśli przepompujesz ciepło z niezbyt zimnego zbiornika do niezbyt gorącego budynku, współczynnik COP będzie dużą wartością, co oznacza, że Twoja pompa ciepła bardzo efektywnie wykorzystuje energię elektryczną. Jeśli jednak spróbujesz przepompować ciepło z wyjątkowo zimnego zbiornika do już ciepłego budynku, wartość COP spadnie, co oznacza pogorszenie wydajności.
Rezultat jest taki, jakiego intuicyjnie oczekujesz: najlepiej wykorzystać najcieplejszą rzecz, jaką możesz znaleźć, jako zewnętrzny zbiornik ciepła.
Powietrzne pompy ciepła, które wykorzystują powietrze zewnętrzne jako zbiornik ciepła, są pod tym względem najgorszą opcją, ponieważ w zimowym sezonie grzewczym powietrze zewnętrzne jest bardzo zimne. Jeszcze lepsze są gruntowe pompy ciepła (znane również jako geotermalne pompy ciepła), ponieważ nawet zimą grunt na średnich głębokościach jest wciąż dość ciepły.
Jakie jest najlepsze źródło ciepła dla pomp ciepła?
Problem ze źródłem naziemnympompy ciepłajest to, że potrzebujesz sposobu na dostęp do tego zakopanego zbiornika ciepła. Jeśli masz wystarczająco dużo miejsca wokół domu, możesz kopać rowy i zakopywać kilka rur na rozsądnej głębokości, na przykład kilka metrów. Następnie przez te rury można przepuszczać ciecz (zwykle mieszaninę wody i środka przeciw zamarzaniu), aby pochłonąć ciepło z gruntu. Alternatywnie można wywiercić głębokie otwory w ziemi i umieścić w nich rury pionowo. Wszystko to będzie jednak droższe.
Inną strategią dostępną dla nielicznych szczęśliwców jest pobranie ciepła z pobliskiego zbiornika wodnego poprzez zanurzenie rury w wodzie na określonej głębokości. Nazywa się je wodnymi pompami ciepła. Niektóre pompy ciepła wykorzystują bardziej nietypową strategię pozyskiwania ciepła z powietrza opuszczającego budynek lub z ciepłej wody słonecznej.
W bardzo zimnym klimacie sensowne jest zainstalowanie gruntowej pompy ciepła, jeśli to możliwe. Prawdopodobnie dlatego większość pomp ciepła w Szwecji (która ma jedną z największych liczby pomp ciepła na mieszkańca) jest tego typu. Ale nawet Szwecja ma duży odsetek powietrznych pomp ciepła, co zaprzecza powszechnemu twierdzeniu (przynajmniej w Stanach Zjednoczonych), że pompy ciepła nadają się tylko do ogrzewania domów w łagodnym klimacie.
Zatem gdziekolwiek jesteś, jeśli możesz sobie pozwolić na wyższe koszty początkowe, gdy następnym razem staniesz przed decyzją dotyczącą ogrzewania domu, rozważ użycie pompy ciepła zamiast tradycyjnego pieca lub bojlera.
Czas publikacji: 19 października 2023 r