Термопомпите в нискоенергийното строителство

Понятието “нискоенергийни сгради” е свързано със специфичен проект на изпълнение, който се осъществява в няколко направления – качествен стъклопакет за прозорците и значително по-дебела изолация, изграждане на вентилационни системи с рекуперация или монтиране на термопомпи, фотоволтаици и др.

Строителството на подобни сгради отдавна се е наложило в развитите страни във връзка с постоянно нарастващите нормативни изискванания към осигуряване на по-добър комфорт на обитаване, намаляване на вредните емисии на въглероден диоксид в околната среда и в опита да се редуцира енергията за отопление. Макар и с бавни темпове, нискоенергийното строителство навлиза и у нас поради всички тези важни преимущества и бъдещите ползи и икономии, които предполага подобна инвестиция. В настоящата статия ще обърнем внимание на едно от тези направления, а именно видовете термопомпи и характерните им функции.

Кога термопомпите са ефективни за нискоенергийните къщи ?
Употребата на термопомпи в нискоенергийните къщи е аргументирана стъпка не само от финансова, но и от енергетична гледна точка, единствено когато съотношението между добиваната топлина към потребената електрическа енергия е по-голямо от 3.0. За да се гарантира това трябва да са налице следните предпоставки:
- източник на топлина с постоянно температурно ниво (почви и подпочвени води)
- минимално използване на допълнително електрическо отопление за покриване на пиковите натоварвания
- наличие на компетентно сервизно обслужване на термопомпената инсталация, когато използваната отоплителна система позволява ниски системни температури, т.нар. плоскостно отопление

Съвременното управление е още едно изискване за отоплителните системи в нискоенергийните къщи. Органът за контрол трябва да бъде разположен на достъпно и удобно място в жилищната площ, така че всички елементи на инсталацията и термопомпата да могат да се изключат напълно, при условие че не се добива топлинна енергия.

Термопомпен процес. Изотчник: www.blog.vimax.bg

Какво предсталвяват термопомпите?
Термопомпите са специфична апартура, която пренася топлина от външен източник за затопляне на въздуха в помещенията или вода за битови нужди. Съобразно конкретните потребности добиваната топлина може да се премести в или извън помещенията, което определя режимът на работа на термопомпата, а именно отопление или охлаждане. Трябва да се отбележи, че консумацията на електрическа енергия в този процес е минимална и е съсредоточена само за електрониката на термопомпата, но не и за самото отопление.  Термопомпените системи се употребяват за отопление, охлаждане и произвеждане на топла вода за бита в еднофамилни къщи и жилищни кооперации и различни обществени сгради. Успешно биха могли да подменят котлите на дърва, въглища, ток или газ, разходите за които са в пъти по-големи.

Ефективността от използването на термопомпи. Източник: www.termopompi-otoplenie.com

За пример - една термопомпа, която консумира 1 kW/h електроенергия отдава над 4 kW/h топлинна мощност, което намалява разхада за електрическа енергия с до 80%. В допълнение, машината може да се програмира да работи по часове, а това още веднъж ще спомогне за намаляване на сметките.

Сред най-важните предимства на термопомпите се нареждат:
- Възобновяем и леснодостъпен източник на енергия
Високи коефициенти на трансформация COP (Coefficient of Performance) в режим на отопление и енергийна ефективност EER (Energy Efficiency Ratio) в режим на охлаждане. Коефициентът СОР отчита отношението между консумираната от термопомпата електрическа мощност (kW) и отдадената от агрегата топлинна енергия (kW). 
- Изцяло автоматизиран процес на пренасяне на топлинната енергия от източника до обекта
- Надеждност и защита при аварии и пожари
- Не е необходимо отделно помещение за съхранение на енергоизточника 
- Най-нисък дял на отделяни вредни емисии в околната среда

Как да намалим загубите от отоплителната инсталация?
Високоефективната инсталация за отопление е важен аспект в нискоенергийното строителство. Миниманизирането на загубите от отоплителната система в една нискоенергийна къща е от съществено значение. Разположението на генератора на топлина и разпределителната инсталация трябва да се проектира така, че неизбежните загуби от преноса на топлоенергия също да могат да бъдат оползотворявани. Необходимо е и самият топлинен генератор да е високоефективен.

Видове термопомпи
В зависимост от източника на топлина, който използват (въздух, земя, вода) термопомпите биват:

Термопомпа вода - вода. Източник: www.topreachheatpump.com

Вода – вода (хидротермални) – този тип термопомпи използват топлинната енергия на подпочвените води, като водата се изпомпва до достигането й до термопомпата, където се охлажда. Отнетата топлина се предава към топлопреносителя на вътрешната отоплителна инсталация, а охладената вода се връща в попивателен сондаж. Този тип съоръжения се характеризират с най-голяма ефективност, поради постоянното температурно ниво на подпочвените води (между 7-14 градуса по Целзий целогодишно), което гарантира високият коефициент на енергийна ефективност.

Изграждането на подобен тип инсталации е свързано с извършването на геотермални проучвания за да може правилно да се изчисли топлинната мощност и да се определи видът термопомпа, съобразно конкретния дебит. 

Геотермална система с хоризонтален топлообменник. Изотчник:  www.termopompa.ovo.bg

Земя – вода (геотермални) – термопомпите извличат топлинна енергия директно от почвата, чиято температура след определена дълбочина е между 10-14 градуса по Целзий. Това допринася за висока ефективност при режим на отопление и охлаждане и намаляване на разходите с до 80%. Процесът се осъществява посредством топлообменници на гликол или хладилен агент, които могат да бъдат разположени хоризонтално или вертикално в границите на терена със сондаж.

Термопомпена система въздух - вода. Източник: www.termopompa.ovo.bg

Въздух – вода – този тип термопомпени агрегати са подходящи за използване в случай на липса на достатъчно подземни води, или това са т.нар. чилъри. Механизмът им най-общо се състои от външно и вътрешно тяло, свързани посредством медни тръби. Външното тяло може да се монтира на фасадата, покрива или друго подходящо място за целта, а вътрешният модул в сервизно помещение на отстояние не повече от 25 м от външното тяло. Коефицинтът на енергийна ефективност се влияе от атмосферните условия и варира спрямо външната температурата на  въздуха. При режим отопление, външният модул използва топлината на въздуха и я пренася до вътрешният хидромодул, откъдето топлината преминава към вътрешната отоплителна инсталация. 

Термопомпите въздух – вода биват няколко вида:
- Обикновени (Air Source Heat Pump HRCF) – те представляват класическият и най-евтин вариант на термопомпени агрегати. Работят при температури над -12 по Целзий, като използват автоматично реверсиране на режим за обезскрежаване.

- С топлинна рекуперация (Air Source Heat Pump with heat recovery HRCF/RH) – този тип термопомпи разполага с допълнителен топлообменник, който оползотворява и използваната топлина от работата на самия компресор. Тази енергия в други случаи се губи, особено при режим на охлаждане. Процесът на работа се осъществява посредством вградени във въздушния изпарител електрически нагреватели, което осигурява ефективност дори и при екстремно ниски температури до - 20 градуса по Целзий.

- С инверторно управление на оборотите на компресора (Inverter Chillers) – тези термопомпи позволяват автоматичното регулиране на оборотите на компресора. Това способства във всеки един момент да се регулира точното количество енергия, което е необходимо за отопление или за охлаждане.

Инсталирането на термопомпи е изключително обоснована стъпка в процеса на климатизация на една обикновена или нискоенергийна сграда. Действието им основно се състои в това да доставят или да отнемат излишната топлина, при това с гаранция за по-добър комфорт на обитаване и високо ниво на безопасност и надеждност на системата в стремежа към опазването на околната среда.