Газови термопомпи

Термопомпите са високоефективни съоръжения, използващи акумулираната в околната среда топлинна енергия за производството на полезна топлина или студ. Сред основните им предимства, които определят и все по-широкото им използване в практиката, са постигането на висок коефициент на полезно действие, по-ниските енергийни разходи, използването на възобновяем източник на енергия, екологосъобразността и други.

За класификация на термопомпите се използват различни критерии. Една от най-често срещаните класификации е в зависимост от източника на енергия, спрямо който те се подразделят на термопомпи въздух-въздух, вода-въздух, вода-вода и т. н. Друг често използван критерий е принципът на действие, според който се делят на компресорни, сорбционни, компресорно-сорбционни и други. В практиката за момента са се наложили предимно компресорните и сорбционните термопомпи. Основна разлика между компресорните и сорбционните термопомпи се явява и фактът, че компресорните работят с механична енергия, а сорбционните - с топлинна. Съответно, компресорните термопоми, в зависимост от вида на електродвигателя, задвижващ компресора, могат да бъдат електрически, газови, дизелови и т. н. При сорбционните термопомпи като източник на топлинна енергия може да се използва пара или топла вода, или необходимата топлинна енергия да бъде получена чрез директно изгаряне на горивото в самата термопомпа. Възможно е и използването на отпадна топлина от рекуперационна система.

Термопомпи, работещи с газообразни горива

Компресорните и сорбционните термопомпи, работещи с газово гориво, се считат за добра алтернатива на термопомпите, работещи с електроенергия или друг вид горива. Обикновено е възможно използването на различни видове газообразни горива, включително биогорива като биогаз, например. Естествено традиционно използвано гориво е природният газ.

Газовите термопомпи се характеризират с висок коефициент на полезно действие, ниска консумация на електроенергия, сравнително по-добри характеристики при работа в условия на ниски външни температури. Голяма част от газовите термопомпи успяват да работят безпроблемно и при температура от порядъка на -25 оС. Съответно могат да работят както в режим на охлаждане, така и в режим на отопление. В същото време не се наблюдават съществени разлики по отношение на експлоатационните разходи в сравнение с други термопомпи. Считат се за добро решение за поддържане на подходящ микроклимат в сгради с различно предназначение и големина. Особено подходящо е използването им в райони, в които достъпът до електропреносната мрежа или осигуряването на надеждно електрозахранване е затруднено.

Сорбционни газови термопомпи

Сорбционните газови термопомпи могат да бъдат подразделени на агрегати с изгаряне на газовото гориво в самия агрегат и директното използване на отделената топлина и индиректно загрявани агрегати, използващи като източник на топлина пара или топла вода от котел или вторичен топлинен ресурс (например отпадна топлина от когенерационна централа).

Принципът на работа и на двата вида агрегати не се различава. Основава се на прилагането на бинерна система, включваща две вещества - работно тяло, наричано още хладилен агент, и абсорбент. Повишаването на топлинния потенциал е следствие от използването на енергията на протичащите термохимични реакции. Основните елементи на системата са: генератор, кондензатор, абсорбер и изпарител. Процесът протича в следната последователност. В генератора се намира бинерният разтвор, от който при подаване на топлинна енергия се изпарява част от хладилния агент. Парите на хладилния агент попадат в кондензатора, където се охлаждат и кондензират, а процесът протича с отвеждане на топлина. След кондензатора, хладилният агент попада в изпарителя, където се изпарява при ниско налягане и в условия на подвеждане на топлина от околната среда. Цикълът се затваря с абсорбирането на парите на хладилния агент от бинерния разтвор в абсорбера, при което се отвежда топлина на абсорбция.

За да се осигурят оптимални параметри на работа на сорбционната термопомпа, елементите на бинерната система следва да отговарят на определени изисквания. Необходимо е хладилните агенти, които се използват, да притежават висока топлина на изпарение, а разликата между наляганията на кондензация и изпарение да бъде минимална. Важна особеност е, че при сорбционите термопомпи специфичният обем на парите не оказва влияние върху размерите им.

Основно изискване към използваните сорбенти е да притежават способността при достатъчно висока скорост на сорбция да сорбират максимално хладилния агент. Необходимо е също така сорбентът да има нисък специфичен топлинен капацитет, с което се постига намаляване на топлоразмерните повърхности на апаратите и по-ниски разходи на топлина при първоначалното пускане на термопомпата. Препоръчително е използваният сорбент да е с минимално или никакво собствено налягане. По този начин се предотвратява образуването на пари на сорбента, което може да доведе до необходимост от включване на допълнителни апарати към схемата.

Възможно е използването на различи бинерни разтвори, като най-често това са водо-амонячен разтвор и воден разтвор на литиев бромид.

Изискванията към бинерния разтвор включват поддържане на голяма разлика между температурата на кипене на чистия хладилен агент и чистия абсорбент при едно и също налягане; отсъствие на опасност от разлагане на компонентите; малка топлина на разтваряне и възможност за неограничено смесване на двата компонента, без да се образуват азеотропни разтвори. В практиката по-широко разпространени са абсорбционните машини, работещи с воден разтвор на литиев бромид поради много добрите му характеристики по отношение на водата, сравнително невисоката му цена и факта, че не е токсичен. Той обаче може да бъде силно корозионно агресивен.

Термопомпи с директно изгаряна на газа

Сорбционните термопомпи с директно изгаряне на горивото обикновено са оборудвани с газова горелка. В този случай, тъй като горивният процес протича в самия агрегат, получената топлинна енергия е с много висока температура, което от своя страна позволява достигането на много висока ефективност на абсорбционния цикъл.

Повечето газови термопоми с директно изгаряне на горивото са предназначени за целогодишно използване и работа съответно в режим и на отопление, и на охлаждане. Обикновено температурата на изхода при работа на агрегата в режим на охлаждане е около 7 оС, а в режим на отопление достига до около 55 оС.

Според специалисти, при добро оразмеряване и инсталиране на термопомпата, се гарантира безпроблемна работа за дълъг период от време. Добре да се има предвид обаче, че протичането на горивния процес в самия агрегат изисква присъединяването му към комин за отвеждане на отпадните продукти от горенето, което съответно не е необходимо при термопомпите, работещи с топлоносител пара или топла вода. Също така е необходимо и по-голямо количество вода поради по-голямото количество топлина. Тези агрегати се характеризират и с по-висока себестойност в сравнение с индиректните. По-високи са и разходите за поддръжка.

Термопомпите, използващи пара като източник на топлина, обикновено работят с пара или гореща вода с температура от порядъка на 190 - 200 оС. Използването им позволява оползотворяването на излишъци от пара, например. От своя страна агрегати, предназначени за работа с топла вода, обикновено работят с вода с температура от порядъка на 80 - 95 оС.

Компресорни термопомпи с газов двигател

При компресорните газови термопомпи за задвижване на компресора се използва газов двигател. Една от основните разлики с термопомпите, работещи с електроенергия е възможността за повторно използване на част от топлината, получена от двигателя за загряване на вода. Топлината може да бъде взета от водата, охлаждаща двигателя или от отпадните газове при по-големите системи. Обикновено използваните двигатели се характеризират с добри експлоатационни характеристики, като могат да работят освен с природен газ и с други видове газообразни горива. Възможно е използването и на комбинация от компресорна термопомпа с абсорбционна хладилна машина, с което да се повиши капацитетът по отношение на охлаждането. От друга страна, при монтаж газовите термопомпи изискват повече място, поради по-големите размери на двигателя в сравнение с компресорните термопомпи, работещи с електродвигател. Те се характеризират с ниски експлоатационни разходи и лесна поддръжка. Добре е да се има предвид, че компресорните термопомпи могат да бъдат източник на шум и вибрации макар и в ниски нива.

По отношение на изграждането на вътрешната инсталация за подаване на обработения въздух, обикновено термопомпите позволяват използването на различни видове вътрешни тела, включително вентилаторни конвектори.