Термопомпени инсталации

Термопомпените агрегати са сред често използваните решения за повишаване ефективността на инсталациите за отопление и климатизация. Те са високо ефективни съоръжения, които като енергиен източник използват около 70% безплатна природна енергия и само 30% електроенергия за задвижване на компресора.

Принципно представляват хладилни машини с хладилен цикъл на работа. Основните им елементи са два топлообменника, единият, изпълняващ функцията на изпарител, а другият - на кондензатор; компресор и дроселиращ вентил. Между тях циркулира работно тяло (хладилен агент), което в процеса на работа променя агрегатното си състояние.

Външен и вътрешен кръг
Като цяло термопомпените системи се състоят от външен и вътрешен кръг. Във външния кръг циркулира хладилен агент, най-често фреон. Вътрешният кръг се формира от отоплителната и/или климатичната инсталация. Във вътрешния кръг обикновено циркулира вода.

В системите за отопление, вентилация и климатизация термопомпите се считат за подходящи за загряване на вода за отопление и за производство на вода за битово горещо водоснабдяване (БГВ), както и за охлаждането й за климатизация на помещенията. В случаите когато охладената или загрята вода се използва като топло(студо)носител, в инсталацията за отопление и климатизация като отоплителни тела се използват предимно вентилаторни конвектори или подови серпентини.

Термопомпите могат да бъдат класифицирани по различни признаци, например според вида на източника на енергия те биват: термопомпи въздух-вода; вода-вода; земя-вода. Често използван признак за класификация на термопомпите е тяхното предназначение, според което могат да се подразделят на термопомпи само за охлаждане; за отопление и охлаждане; за отопление, охлаждане и производство на топла вода за БГВ. Съща така, в зависимост от това дали в топлообменника, приемащ топлина, циркулира едно и също работно тяло или се използва вода, която се връща във водоизточника, термопомпените системи могат да се разделят на отворени и затворени.

Фактори влияещи върху избора на типа термопомпа
При решение за отопление или охлаждане с термопомпа следва да се направят редица предварителни проучвания. Необходимо е предварително да бъде уточнено сградата при какви режими ще се експлоатира - отопление, охлаждане, производство на БГВ. Съобразно възможните енергийни източници се определя типът на термопомпата - въздух-вода, вода -вода или земя-вода. Изборът на определен тип термопомпа зависи и от спецификата на терена и, съответно, от особеностите на сградата. Също така е добре да се уточни дали е налична достатъчно електрическа мощност за захранване на съоръжението. В зависимост от типа на термопомпата е необходимо също да се определи мястото на монтаж, дали това ще е на терена или в самата сграда. Сред определящите фактори са и: специфика на вътрешната инсталация; температури на топлоносител и студоносител; тип на вътрешните отоплителни тела - основно вентилаторни конвектори; подово отопление със серпентини; общообменна вентилация и др.

Особености на системите
При използването на термопомпа се препоръчва вътрешната инсталация да е водноконвективна, двутръбна с принудителна циркулация. Като много подходящо се счита охлаждането/отоплението да се осъществява посредством вентилаторни конвектори или подови серпентини. Използването на радиатори като отоплителни тела не се препоръчва, тъй като температурата на топлоносителя обикновено е в границите на 45 до 50 оС. Това предполага оразмеряване на радиаторите в този режим, което обикновено води след себе си до двойно по-големи радиатори. Също така радиаторите са подходящи само за отопление, но не и за охлаждане. Все пак вариант на отопление с радиатори не е изключен, но е необходимо това да бъде предварително уточнено. 

Термопомпените инсталации се считат за подходящи и за загряване или охлаждане на въздуха, използван във вентилационните системи. В този случай е добре да се има предвид, че топлообменниците на вентилационните камери могат да се оразмерят при по-ниски температури на топлоносителя.

При използването на термопомпени агрегати тип вода-вода, ако системата е отворена, т. е. със сондаж и подпочвени води, е необходимо преди всичко да се определи разполагаемият дебит на водата, необходим за агрегата, и съответно нейната температура. При температура на подпочвените води под +10 оС този вид не е приложим. Добре е да се има предвид, че термопомпите вода-вода обикновено се монтират в отделно техническо помещение. Най-често се използват, когато теренът, върху който ще се строи сградата, е с високо ниво на подпочвените води. За да се обезпечи работата на термопомпения агрегат вода-вода, следва да се направи хидрогеоложки доклад с данни за подпочвените води на терена, дебит и температура. След това може да се пристъпи към избор на съоръжението и изготвянето на проектната документация.

При термопомпа със земни колектори (директно изпарение) енергията се произвежда чрез колектори от медни тръби, които са инсталирани в земята. Системата се характеризира с изключително ниски разходи и COP до 5.6. Това съответства на 81,8% безплатна енергия от земята.

Сред най-често използваните термопомпи са термопомпите с отделен въздушен топлообменник.
Сплит системата на въздушната термопомпа произвежда топлинна енергия с помощта на външен изпарител, който се монтира на открито. Тъй като се изисква малко пространство за външния изпарител, тази система е популярна с малкото заемано пространство. Обикновено системата е защитена от замръзване. Този тип системи се характеризират с ниски разходи и COP до 3.
При водо-водните термопомпи като източник на енергия се използват подпочвени води от сондажни кладенци. Предимството на тази система е, че температурата на подпочвените води остава почти постоянна през цялата година - около 12 °С. На практика това означава, че за достигане на температурата, нужна за отопление, е необходима много малко допълнителна енергия.

Системата се характеризира с ниски разходи и COP до 5,6. Колкото е по-висока температурата на подпочвената вода, толкова и СОР факторът е по-висок.

Възможности за целогодишно използване
Термопомпените инсталации се считат за подходящи за целогодишно използване. Съответно през зимния период се използват за отопление, а през летния - за охлаждане.

Когато системата е отворена, т. е. със сондаж, е възможно да се обезпечи и т. нар. свободно охлаждане. За тази цел се предвижда допълнителен топлообменник за пасивното охлаждане. По този начин се постига безплатно охлаждане, използвайки индиректно водата в сондажа. При този вариант е добре да се има предвид, че оразмеряването на вентилаторните конвектори е при стойности на студоносителя 10/15 оС минимум.

Ефективност
При използването на термопомпена инсталация е добре да се имат предвид, че високата ефективност на системата СОР от 3 до 5,6 зависи от вида на термопомпата. За постигане на висока ефективност е необходим внимателен избор на вида на агрегата в зависимост от спецификата на обекта, начина на експлоатацията, режима на работа, мястото на монтаж и др. Добре е да се има предвид и че термопомпите осигуряват сравнително ниски разходи в експлоатационен режим, но като инвестиция са не толкова евтин вариант. Специалистите препоръчват, когато се избира термопомпа да се направи икономическа обосновка на инвестиционните и експлоатационни намерения. По този начин всеки инвеститор може сам да прецени дали е икономически обосновано да си монтира термопомпа или е по-добре да се използва друг вид енергиен източник.