Българските термопомпи

Да започнем с простото въпросче: а що е то термопомпа?

Когато специалистите трябва да изразят сбито предимствата на термопомпата, те обикновено привеждат примера, че от нея може да се получи толкова топлинна енергия, колкото от три електрически нагревателни печки, а консумираната елек­троенергия е равна на тази, която харчи едната от тях. С една дума топлим сe с три печки, а плащаме електричеството само на едната. Възможно ли е това? Пър­воначалното любопитство, породено от този факт, прераства в изумление, щом се разбере, че к.п д. на термопомпата сред­но е 3, а може да достигне 5, 7 дори 10? Как така. след като е известно от тео­рията. че по принцип всяко съоръжение може да има к.п.д. максимум 1?

Не, няма противоречие със законите на термодинамиката. В това може да се убе­ди всеки, след като се запознае с кон­струкцията на термопомпата. Тя се съ­стои основно от изпарител, компресор и кондензатор. Те образуват затворена сис­тема, в която циркулира флуид (течност) с ниска температура на кипене, например фреон. В изпарителя под действието на темпе­ратурата на околната среда, флуидът се изпарява, парите се засмукват и сгъстя­ват в компресора, след което постъпват в кондензатора. Тук се втечняват и по­етата от флуида топлина при изпарение­то се отдава на отопляваното простран­ство. Ако изпарителят се монтира отвън на прозореца, а кондензаторът вътре в стаята, термопомпата ще затопля по­мещението за сметка на енергията на въ­ншния въздух. При това. поради ниската температура на кипене на работния флуид, новата ,,печка“ ще топли дори когато температурата навън е пад нулата Това на пръв поглед е парадоксално — да ни отоплява студът! Но е толкова реално, колкото високият к.п.д. Впрочем, дайте да обясним и неговите ,,странни“ стойности.

Известно е, че к.п.д. представлява отно­шение между получената и вложената енергия в едно съоръжение В нашия случай в числителя е придобитата топлинна елек­троенергия, а в знаменателя — поетата енергия от външния въздух и енергията, необходима за задвижване на компресора (например електрическа). В тази формула обаче първата съставка на знаменателя може да се задраска, защото не харчим пари за нея. И ето че числителят се оказва 2, 3 и повече пъти по-голям от ,,олекналия* знаменател. Така тайната е разбулена. Разбира се, във формулата пренебрегнахме с лека ръка енергията на външната среда, но на практика трябва да се съобразяваме много внимателно с нея, ако искаме тер­мопомпата да работи ефективно. За да черпи нашата нова печка топлина, нейното количество очевидно трябва да е непрекъснато неогра­ничено там, откъдето я взима. Удобни енергийни източници могат да бъдат технологичните води на пред­приятия, термалните води, изходящи­те газове от мини и топлинни цен­трали, и, разбира се, околният въздух. В зависимост от вида на средата, от която термопомпите извличат топлина, и вида на средата, на която я отдават след това, те биват: въздух-въздух“, .въздух-вода“, ,,вода-вода“ и ,,вода-въздух“. Например термопомпата, монтирана на прозореца и отопляваща помещението за сметка на енергията на външния въздух и тогава е ,,въздух-въздух“ – такива са например домашните климатици. Ако обаче тя предава топлината на воден резервоар – да кажем бойлер – то тогава термопомпата ще бъде от тип ,,въздух-вода“.

В началото на 80-те г. започва разработката на именно на български термопомпи.

Това е логично предвид повишаването на цените на горивата през 70-те години и желанието да се догонват изясняващите се световни насоки към използване на алтернативни енергийни източници. Но роди тогава, независимо от добрите си параметри, термопомпите остават сравнително сложни съ­оръжения, следователно скъпи. За собственика е много по-изгодно да си купи неколкократно по-евтината електрическа печка. Наистина тер­мопомпата е скъпа, но тя пък консумира неколкократмо по-малко енергия.

И така, създавани ли са термопомпи в България? Отговорът е положителен. Нещо повече, още през 1983 г. разработките са в такъв стадий, че се очаква серийно производство през следващата 1984 година. По-конкретно става дума за кон­струкции тип ,,въздух-въздух“, предназ­начени за монтиране на прозорци и за отопление на жилищни и административ­ни помещения. Те са създадени в Инсти­тута по електротехническа промишленост ,,Никола Белопитов“ — София, под ръководството на доц. Евтим Найденов и ст.н.с. Любомир Рафаилов.

Ето някои подробности за двата модела български термопомпи ТП-2,8 (втората снимка) и ТП-4,0 (първата снимка), които са показани пред публика на Пролетния панаир в Пловдив през 1983 година: в температур­ния диапазон от минус 5 до плюс 14 гра­дуса при първата електрическата мощ­ност варира от 1 до 1,3 кВт, а топлинната — от 2,6 до 4,5 кВт, т. е. к.п.д. е от 2,6 до 3,4. За типа ТП-4,0 съответните стой­ности на мощностите са: електрическа от 1,5 до 1,8 кВт и топлинна от 3,5 до 5,6 кВт (к.п.д. от 2,3 до 3,1). Във всяка от помпите са монтирани по два вентила­тора — аксиален и центробежен. Първият стимулира топлоотдаването в изпари­теля, а центробежният ускорява проце­сите в кондензатора. Предвидени са две скорости за вентилация, което дава въз­можност да се подбира съответна интен­зивност на отопляване. В качеството на работен флуид термопомпите използват фреон-12 (по-малката) и фреон-22 (по­мощната). Неприятното обледеняване на изпарителя, което настъпва в течение на работата и понижава топлообмена, се отстранява чрез насочване на струя топъл въздух от кондензатора към изпарителя.

Предвидено е било двете български термопомпи да се произвеждат от Завода за електропещи в Балчик. Очак­вало се е всяка от тях при среден к.п.д. 2,5 да реализира годишна икономия близо 5000 кВт електроенергия.

Един колектив намира интересно приложение на термопомпи­те. Под ръководството на проф к.т н. Гарабед Мумджиян във ВМЕИ ,,Ленин“ — София през 1983 г. е създа­дена слънчева инсталация за получаване на топла вода за битови нужди, в която е вградена термопомпа тип „въздух-вода“. Схемата е така изградена, че двата „топлоизточника“ — слънчевите колектори и термопомпата – работят в автономен ре­жим. Принципът на действие на инста­лацията е следният. Слънчевата радиация се улавя от колекторите и придобитата топлина се отдава на циркулираща вода. Едновременно с това термопомпата по­ема топлина от околния въздух и също п отдава на загряваната вода За отбеляз­ване е, че термопомпата работи и в ча­совете, когато няма слънце, стига да е достатъчно топло времето. В инстала­цията са използвани два топлинни аку­мулатора (водни резервоари — нискотемпературен и високотемпературен).

На снимката: комбинирана функционална схема на построената през 1983 г. слънчева инсталация в къмпинг Градина. Тя съчетава действието на слънчевите колектори с възможностите на термопомпата.

Описаната комбинирана система за под­гряване на вода за битови нужди дори е реали­зирана в къмпинг Градина край Созо­пол. За основа е използвана съществува­щата електрическа инсталация с бойлер, подаваща топла вода към душовете. Употребени медни плоски слънчеви колек­тори и термопомпа с херметичен компре­сор от серията КК, серийно производство на ХЗ ,,Антон Иванов“ и накрая два топлинни аку­мулатора, както и система за регулиране и контролиране работата на инсталация­та. Процесите в различни точки от инсталацията са следени и записвани. Какви изводи са направили анализаторите?

Добавянето на термопомпа към класи­ческата слънчева инсталация повишава нейната ефективност. По-конкретно ста­ва възможно да се намали значително бротя на колекторите, което от своя страна позволява да се заменят по-евтините, но корозионно неустойчиви стоманени аб­сорбери с медни, характеризиращи се с много по-дълъг живот и представляващи предпоставка за изграждане на директни схеми за получаване на топла вода. Не е без значение и фактът, че термопомпата загрява водата и когато няма слънце — например в края на деня и дори в топлите нощи. Оптимистичните резултати от действието на инсталацията стимулира­т изграждането на втора инсталация ~ също на Южното Черноморие.

Показаните начинания са показателни за начеващите усилията на 80-арска България да оползотворява дори нетрадиционните за тогава енергийни източници.

Сандъците – Sandacite