Днес надали е необходимо някой да бъде убеждаван, че енергията поскъпва и че има смисъл да се пести енергия чрез подобрена изолация на жилището или по-ефективно загряване и охлаждане. Съществуват доста начини за затопляне, започвайки от дърва, въглища, нафта, газ, централно парно, пелети, електричество и климатик, всеки от тях със своите предимства и недостатъци. От всички тях, обаче, се откроява един способ, който през последните десетилетия неслучайно набира скорост и в много водещи държави вече е със статут на стандарт за ефективно отопление и охлаждане. Обикновено незапознатият човек би реагирал с насмешка на твърдението, че е възможно да отоплява дома си, използвайки студа отвън. А всъщност термопомпата прави точно това, което я превърна в най-ефективната технология днес.

Какво представлява термопомпата?
Ние познаваме термопомпата много отдавна, само че под вида на хладилници и климатици. Веднага трябва да кажем, че термопомпата не произвежда топлинна енергия, а само я премества, но не с магия, а ползвайки съвсем базови физически закони.
Температурата характеризира степента на нагрятост на телата. И топлината се предава от тяло (среда) с по-висока температура към тяло (среда) с по-ниска температура от само себе си (положителен процес), в резултат на което ентропията на системата от тела нараства. А хладилната машина и термопомпата пренасят топлина от среда с по-ниска температура към среда с по-висока температура (отрицателен процес), за което се внася работа, част от която също се преобразува в топлина (положителен процес). Чрез добавяне на топлоизолация, може да се намали скоростта на разпръскване на енергията, което, обаче, може само да забави процеса, но не е достатъчно да съхрани необходимата температурна разлика. Това прави термопомпата, която събира енергията от едно място и я прехвърля на друго. Не е магия, а базова физика – промяната на свойствата на газовете при промяна на баланса между налягане и температура, различното налягане определя различни температури на втечняване и кипене. В природата това можете да наблюдавате, например, при водата. На морското равнище температурата на кипене е 100С, но високо в планината, водата кипи при по-ниска температура. Следователно промяната на налягането води до промяна на фазата на газовете от течна към газова и обратно. Има някои газове, които променят фазите си при по-малки разлики в налягането и точно тези газове се използват при термопата, тъй като при преминаване от една фаза в друга те освобождават или усвояват топлинна енергия значително повече, отколкото е енергията, необходима за тази промяна във фазите им чрез промяна на налягането.

Как работи това на практика?
Термопомпата има един затворен контур, през който циркулира хладилния агент. Към него са свързани топлообменници във вид на пластини, защото тяхната по-голяма повърхност им позволява по-ефективно да обменят топлина с околната среда. В средата на контура има електрически компресор (движещата сила), който сгъстява хладилния агент и му увеличава налягането и температурата при движението му от изпарителя в кондензатора. А при дроселирането в редуцир-вентила пада налягането и температурата на флуида, при което той частично се изпарява. В частта с намалено налягане течността започва да кипи и да се превръща в газ, при което започва да поглъща топлина и да отделя студ, този топлообменник е изпарител. А в топлообменника с високо налягане (кондензатор) хладилният агент се охлажда, кондензира и отделя топлина, както е показано и на схемата.

Всъщност всеки един от топлообменниците може да бъде кондензатор или изпарител, тъй като тази му функция зависи единствено от моментното налягането в него и процесът може да се обръща чрез клапан, а топлината да се прехвърля от едното тяло към другото. При хладилниците посоката охлаждане/затопляне е фиксирана, но при термопомпите и повечето нови климатици тя може да бъде обръщана при необходимост, така че през зимата да може да затопля въздуха в помещението на вътрешното тяло.

Така, съвсем схематично работи термопомпата „въздух-въздух“. За нас като потребители, най-важното е, че енергията за работата на термопомпата е по-малко от енергията, която тя произвежда, подавайки или отвеждайки топлина. Най-общо това съотношение се нарича COP(Coefficient of Performance) и обозначава съотношението между подаваната и произвежданата енергия при термопомпата. COP 1 е например електрическа печка с реотани, при която от 1 kWh електрическа енергия получаваме 1 kWh топлинна енергия.

Всъщност инверторният климатик може да бъде наречен също и термопомпа „въздух- въздух“, тъй като между тях почти няма разлика. Коефициентът COP не е константа, защото зависи от съотношението между температурите на втечняване или кипене на газа във външното тяло, температурата на околната среда и температурата, която искаме да поддържаме в помещението. Когато външната температура започне да пада близко до температурата на втечняване на газа, пада и ефективността на топлообмена между тях и компресорът трябва да работи повече, за да прехвърли по-малката температурна разлика като потлина в помещението. Счита се, че при тези системи COP около 2.5 е добър, но ако външната температура стане -15С или +35С, този коефициент може да падне съществено и да достигне COP=1, което означава, че няма да се отличава от печката с реотани, което си е доста скъп начин за отопление. Има и други видове термопомпи, които предлагат значително по висок COP – от 5 до 7, но тях ще обсъдим в следващ пост.

Дотук установихме приликите между климатик и термопомпа „въздух-въздух“, а какви са разликите?
– Климатикът отдава или приема топлина чрез обдухване на вътрешния топлообменик с вентилатор, а термопомпата го прави чрез радиатори/конвектори, като по този начин отоплява и помещения, където е сложно да се постави климатик, например баня.
– Климатикът по-бързо променя температурата на въздуха, но пък създава постоянни въздушни течения, които често са некомфортни или нездравословни.
– Термопомпата може да подгрява бойлер, по-бавно от електричеството, но значително в пъти по-евтино.
– Термопомпата използва по-малко хладилен реагент на единица мощност, което е по-екологично решение.
Като цяло термопомпата е по-ефективно и икономично решение, въпреки че първоначалната инвестиция може да бъде малко по-висока.

Някои практически съвети за по-ефективно използване на термопомпа „въздух- въздух“ (инверторен климатик):

1. Както всички уреди, така и термопомпата/климатикът се поврежда и е добре превантивно да бъде преглеждан от специалист, поне веднъж годишно. Това ще ви спести пари както от удължената, така и от по-ефективната му експлоатация.

2. Ако имате възможност, при по-големи помещения вместо 1 голям климатик, изберете 2 по-малки със същата мощност:
– Ако единият се повреди, ще имате някакво временно решение, дори и непълно, но по-добре от никакво;
– Ако разположите двата климатика правилно, можете да оптимизирате въздушните потоци, така че да избегнете постоянното течение в стаята.

3. Инвестирайте малко повече, за да закупите климатик/термопомпа с мощност по-голяма от номинално изискуемата, когато инсталацията работи на крайни мощности, хем пада коефициентът на полезно действие, хем и се увеличава рискът от повреда или бързо износване.

4. Когато температурата навън стане прекалено висока, увеличете температурата и вътре, например, ако навън се задържат над , колкото и да напъвате климатика, той трудно ще поддържа 18С въгре, дори и да се доближава, това ще става с цената на падане на COP до 1, което ще ви изненада неприятно при получаването на сметката за електричество в края на месеца. По-добре да поддържате по-малка разлика, в случая примерно 25-26С, хем ще е по-евтино, хем като излезете от помещението, няма да плувнете в пот поради голямата температурна разлика.

5. Когато температурата навън падне задълго под -10С, пожалете климатика и го сложете примерно на 17-18 градуса, а още по-добре би било, ако можете да му помогнете временно с някакъв електроуред, примерно радиатор или конвекторна печка.

В заключение, термопомпата е не само екологично енергоспестяващо решение, но и икономически изгодно и затова от десетилетия се разпространява все по-широко. Освен термопомпите „въздух- въздух“ има и други видове термопомпи, например „въздух- вода“, „земя- вода“ и „вода-вода“, които са още по-ефективно (COP от 5 до 7), но на тях ще се спрем в отделни статии.

Свързани статии:

Що е това термопомпа „земя-вода“ и как работи (статия) Що е това термопомпа „вода-вода“ и как работи (статия) В очакване на студовете – дърво срещу бетон и тухла (статия) БНР Подкаст, Епизод 1: По следите на енергийния преход (видео)