Ατλία θερμότητας αέρος

Τι είναι;

Η αντλία θερμότητας είναι μια συσκευή που έχει τη δυνατότητα να θερμαίνει ή να ψύχει ένα κτίριο. Ουσιαστικά αντικαθιστά τον λέβητα για τη θέρμανση και τα κλιματιστικά για την ψύξη. Μια αντλία θερμότητας μπορεί να δώσει θερμότητα μέσω του αέρα, δηλαδή με αεραγωγούς, ή μέσω του νερού, που είναι και ο πιο διαδεδομένος τύπος, όπως και ο λέβητας.

Αντλία θερμότητας νερού και δοσχείο ζεστού νερού χρήσης

Η κύρια διαφορά της με τον λέβητα είναι πως δεν παράγει θερμότητα καίγοντας κάποιο καύσιμο αλλά την μεταφέρει. Εξ ου και η ονομασία της. Αντλεί θερμότητα από το περιβάλλον και την μεταφέρει στον χώρο μας ή το αντίστροφο.

Πού βρίσκει την θερμότητα;

Η θερμότητα που υπάρχει στον εξωτερικό φλοιό της γης, δηλαδή το περιβάλλον μας, προέρχεται από τον ήλιο (εκτός απ τις περιπτώσεις των γεωθερμικών πηγών). Αυτό σημαίνει πως υπάρχει μια αστείρευτη πηγή (τουλάχιστον για τα επόμενα 5 δις χρόνια) που τροφοδοτεί τη γη με θερμότητα. Μέρος αυτής της θερμότητας αντανακλάται και το υπόλοιπο απορροφάται από το έδαφος, τον αέρα, το νερό και ότι άλλο βρεθεί στον δρόμο της ηλιακής ακτινοβολίας. Η θερμότητα που απορροφάται αποθηκεύεται. Γι αυτό δεν παγώνει το μισό ημισφαίριο όταν δεν δέχεται την ακτινοβολία του ήλιου, όταν είναι νύχτα δηλαδή.

Μεταφορά από το θερμότερο στο ψυχρότερο

Η αποθηκευμένη αυτή θερμότητα δεν μένει στάσιμη, μεταφέρεται από το ένα μέσο στο άλλο. Μπορεί, επίσης, να ταξιδέψει ακόμη και σε άλλη ήπειρο μέσω των ρευμάτων του αέρα ή των ωκεανών. Γνωρίζουμε όμως πως για να μεταφερθεί η θερμότητα από το ένα σώμα στο άλλο θα πρέπει να υπάρχει διαφορά στη θερμοκρασία τους. Και ότι θα μεταφερθεί μόνο από το θερμότερο στο ψυχρότερο. Σαν τα μόρια να θέλουν να ξεφορτωθούν την ενέργεια που κουβαλούν υπό μορφή θερμότητας σε άλλα που κουβαλούν λιγότερη. Μέχρις ότου καταλήξουν να κουβαλούν όλα την ποσότητα που τους αναλογεί και βρεθούν στην ίδια ενεργειακή στάθμη, δηλαδή στην ίδια θερμοκρασία.

Πώς μεταφέρει την θερμότητα;       

Όπως αναφέραμε η θερμότητα μεταφέρεται από το θερμότερο στο ψυχρότερο σώμα (δεύτερος θερμοδυναμικός νόμος). Δηλαδή από υψηλότερη σε χαμηλότερη ενεργειακή στάθμη, όπως και όλες οι διεργασίες που συμβαίνουν στην φύση. Το νερό π.χ. σε μια δεξαμενή στην ταράτσα ενός κτιρίου θα κυλίσει προς το ισόγειο όταν ανοίξουμε την βάνα. Θα πάει δηλαδή σε χαμηλότερη ενεργειακή στάθμη. Για να γεμίσουμε όμως την δεξαμενή θα πρέπει να δώσουμε την αντίστοιχη ενέργεια στο νερό μέσω μιας αντλίας.

Μεταφέροντας το παράδειγμα στο θέμα μας έχουμε: το ισόγειο είναι το περιβάλλον, η δεξαμενή είναι ο χώρος μας, το νερό είναι η θερμότητα και η αντλία είναι η αντλία θερμότητας. Χρησιμοποιούμε λοιπόν την αντλία θερμότητας για να μεταφέρουμε θερμότητα από μια χαμηλή ενεργειακή στάθμη σε μια μεγαλύτερη. Για να μεταφέρουμε λοιπόν θερμότητα θα πρέπει να δαπανήσουμε ενέργεια. Η οποία όμως είναι πολύ μικρότερη από αυτήν που θα δαπανούσαμε για να την παράγουμε.

Κύκλος λειτουργίας αντλίας θερμότητας

Για την μεταφορά της θερμότητας χρησιμοποιείται ένας κύκλος συμπίεσης και αποσυμπίεσης φρέον. Το φρέον είναι το μέσο για την μεταφορά της θερμότητας. Όταν συμπιέζεται αυξάνεται η θερμοκρασία του και απορρίπτει θερμότητα στα σώματα με τα οποία έρχεται σε επαφή. Όταν αποσυμπιέζεται μειώνεται η θερμοκρασία του και απορροφά θερμότητα από τα σώματα με τα οποία έρχεται σε επαφή. Όταν λοιπόν θέλουμε να μεταφέρουμε θερμότητα σε έναν χώρο αποσυμπιέζουμε το φρέον και το εκθέτουμε στο περιβάλλον για να απορροφήσει θερμότητα από αυτό. Στη συνέχεια το συμπιέζουμε και το εκθέτουμε στον χώρο για να απορρίψει την θερμότητα σε αυτόν.

Όταν συμπιέζουμε ένα αέριο μπορούμε να πούμε πως συμπιέζουμε και την θερμότητα που περιέχει. Το αποτέλεσμα είναι να αυξάνεται η θερμοκρασία του. Έτσι μπορούμε να δώσουμε στον χώρο θερμοκρασία μεγαλύτερη από αυτή του περιβάλλοντος. Το αντίθετο γίνεται στην περίπτωση που αποσυμπιέζουμε ένα αέριο. Έτσι μπορούμε να δώσουμε στον χώρο θερμοκρασία μικρότερη από αυτή του περιβάλλοντος.

Γιατί να την προτιμήσω;

Σχηματική παράσταση ροής ενέργειας

Καθώς η αντλία θερμότητας δεν παράγει θερμότητα αλλά απλά την μεταφέρει, όπως αναφέραμε παραπάνω, είναι πολύ πιο οικονομική στη λειτουργία της από τις συμβατικές συσκευές θέρμανσης. Η ενέργεια που χρειάζεται η αντλία θερμότητας είναι συνήθως ηλεκτρική και την χρησιμοποιεί μόνο για την μεταφορά της ελεύθερα διαθέσιμης θερμότητας που βρίσκεται στο περιβάλλον. Η ενέργεια αυτή είναι της τάξης του 1/4 ή και λιγότερο σε σχέση με την ενέργεια που προσφέρει στον χώρο.

Οικονομική απόδοση συστημάτων

Επίσης, θεωρείται ότι ανήκει στις ανανεώσιμες ή «πράσινες» πηγές ενέργειας καθώς όπως αναφέραμε παραπάνω το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας που προσφέρει προέρχεται από τον ήλιο.

Με ποιό σύστημα θα την συνδυάσω;

Οι αντλίες θερμότητας που παράγουν ζεστό ή ψυχρό νερό, που είναι και οι πιο διαδεδομένες, συνδυάζονται με ενδοδαπέδιο σύστημα, fan coils, κεντρικές κλιματιστικές μονάδες ή θερμαντικά σώματα χαμηλών θερμοκρασιών. Το ενδοδαπέδιο σύστημα λειτουργεί με θερμοκρασίες νερού της τάξης των 35-45°C για την θέρμανση και 15-20°C για τον δροσισμό. Τα fan coils λειτουργούν με 40-45°C  για θέρμανση και 7-10°C για ψύξη. Αντίστοιχα με τα fan coils και οι κλιματιστικές μονάδες. Και τέλος, τα θερμαντικά σώματα χαμηλών θερμοκρασιών λειτουργούν με 60°C όπου είναι και το όριο των περισσότερων αντλιών θερμότητας. Οι χαμηλές θερμοκρασίες λειτουργίας των αντλιών θερμότητας και των συστημάτων που αναφέραμε παραπάνω σε σχέση με αυτές των λεβήτων (80-90°C) κάνουν πολλούς να αμφιβάλουν για την ικανότητά τους να θερμάνουν επαρκώς έναν χώρο. Η ισχύς όμως των συστημάτων είναι αυτή που θερμαίνει τον χώρο. Συνεπώς, ένα σωστά σχεδιασμένο σύστημα θα έχει την απαραίτητη ισχύ για να καλύψει τις θερμικές ανάγκες του χώρου ακόμα και με χαμηλές θερμοκρασίες τροφοδοσίας.

Σχόλια
  1. Ο/Η DIM λέει:

    Με ποιο σύστημα θα την συνδυάσω;

    Και τέλος, τα θερμαντικά σώματα χαμηλών θερμοκρασιών λειτουργούν με 60°C όπου είναι και το όριο των περισσότερων αντλιών θερμότητας.

    Τώρα θα σταθούμε λίγο εδώ, που αφορά τους περισσότερους.
    Οπως είναι γνωστό οι περισσοτερες υφιστάμενες εγκαταστάσεις έχουν λέβητες πετρελαίου με θερμαντηκά σώματα. Μια πρόταση οικονομική όπου θα μπορούσε κανείς να προχωρήσει, είναι η αντικατάσταση των είδη εγκαταστημένων θερμαντικών σωμάτων με μεγαλύτερα (μειονέκτημα – κατάλληψη χώρου) καθώς και μια υποστηριζόμενης αντλίας θερμότητας, θερμοκρασιών λειτουργίας 60°C. Υπολογίζεται η αποσβεση αυτης της επιλογής τα 4 με 5 έτη.

    Τώρα ένα άλλο θέμα είναι η αντλία θερμότητας θα είναι split ή monobloc?

  2. Ο/Η engineeringissues λέει:

    Καλησπέρα DIM,

    Σχετικά με την χρήση αντλίας θερμότητας σε υφιστάμενη εγκατάσταση, πέρα απο το θέμα των μεγαλύτερων θερμαντικών σωμάτων όπως αναφέρεις, υπάρχει και το θέμα των πολλών σωμάτων σε ένα κύκλωμα. Αυτό συμβαίνει σχεδόν σε όλα τα μονοσωλήνια συστήματα θέρμανσης και δημιουργεί πτώση της θερμοκρασίας απο το ένα σώμα στο άλλο. Και καθώς έχουμε ήδη χαμηλή θερμοκρασία νερού είναι αμφίβολη η απόδοση του τελευταίου σώματος (3ου ή 4ου). Ακόμα και αν έχουμε φροντίσει να είναι μεγαλύτερο μέσω του συντελεστή διόρθωσης. Καθώς η θερμοκρασία εισαγωγής στο τελευταίο σώμα ίσως να είναι 40°C ή και μικρότερη.

    Σχετικά τώρα με τις αντλίες θερμότητας τύπου monoblock και split…
    Τα βασικά πλεονεκτήματα των monoblock είναι το μικρότερο κόστος, η ευκολότερη και οικομονομικότερη εγκατάσταση και ο συνολικά μικρότερος χώρος που απαιτούν.
    Τα βασικά πλεονεκτήματα των split είναι η ελαφρώς καλύτερη απόδοση (>COP), συνήθως εξαιτίας της μη έκθεσης του κυκλώματος νερού και των εξαρτημάτων του στο περιβάλλον, η μικρότερη εξωτερική μονάδα και η αποφυγή του παγώματος (ακόμα και χωρίς χρήση αντιψυκτικού) του κυκλώματος νερού όταν το σύστημα δεν λειτουργεί.

  3. Ο/Η engineeringissues λέει:

    Καλησπέρα DIM,

    Σχετικά με την χρήση της αντλίας θερμότητας σε υφιστάμενο σύστημα καλοριφέρ, όπως αναφέρεις στο σχόλιό σου, σκεφτόμουν να κάνω κάποιο «πείραμα».
    Όντως ενδιαφέρει πολύ κόσμο (και εμένα) καθώς είναι η οικονομικότερη λύση. Και αφού υπάρχει το ζήτημα της απόδοσης των τελευταίων κυρίως σωμάτων σε ένα μονοσωλήνιο σύστημα (στο δισωλήνιο δεν υπάρχει τέτοιο θέμα, οπότε ίσως είναι πιο αποτελεσματική μια τέτοια λύση) λέω να κάνω μια δοκιμή στο διαμέρισμά μου. Να καταγράψω τα κυκλώματα (ποιό σώμα ανήκει σε κάθε κύκλωμα) και να τα τροφοδοτήσω με θερμοκρασία ≤60°C από τον λέβητα.
    Θα σε ενημερώσω για κάθε διαπίστωση…

    • Ο/Η engineeringissues λέει:

      Καλησπέρα DIM,

      Έκανα τις μετρήσεις στο διαμέρισμά μου. Η τροφοδοσία από τον λέβητα έγινε με νερό θερμοκρασίας από 50 έως 60°C και η εξωτερική θερμοκρασία ήταν 8°C.
      Η απόδοση ήταν ικανοποιητική, με εξαίρεση την βραδύτερη εκκίνηση του συστήματος (ο χρόνος μέχρι να ανέβει η θερμοκρασία του σπιτιού) πράγμα λογικό, αφού δεν είχε θερμανθεί το σπίτι τις προηγούμενες ημέρες. Επίσης, χρειάστηκε να ρυθμίσω τον θερμοστάτη σε λίγο υψηλότερη θερμοκρασία απ’ ότι συνήθως, αλλά αυτό είναι και θέμα τοποθέτησης του θερμοστάτη.
      Στο ότι ήταν ικανοποιητική η απόδοση όμως συνέβαλαν δυο παράγοντες.
      1. Σε κάθε κύκλωμα υπάρχουν δυο θερμαντικά σώματα.
      2. Η συνολική εγκατεστημένη ισχύς των θερμαντικών σωμάτων είναι 18,8kW τη στιγμή που οι απώλειες του σπιτιού είναι περίπου 9,5kW.
      Έτσι η μέση θερμοκρασία του πρώτου σώματος κάθε κυκλώματος ήταν περίπου 50-51°C και του δεύτερου 46-47°C.
      Υπολογίζοντας την απόδοση των συγκεκριμένων σωμάτων με συντελεστή διόρθωσης για λειτουργία σε θερμοκρασίες 60-50°C και 55-45°C (είσοδος-έξοδος) για το πρώτο και το δεύτερο αντίστοιχα, διαπίστωσα ότι απέδιδαν 8,6kW. Συγκρίνοντας αυτή την απόδοση με τις (μειωμένες σε σχέση με τις ονομαστικές λόγω της εξωτερικής θερμοκρασίας) απώλειες δικαιολογείται η καλή λειτουργία του συστήματος.
      Το συμπέρασμα λοιπόν είναι ότι μπορεί να εφαρμοστεί η αντλία θερμότητας, αρκεί να έχει γίνει μια μικρή μελέτη για την σωστή λειτουργία προτού προχωρήσουμε, καθώς κάθε σύστημα είναι διαφορετικό.

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Google+

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google+. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Σύνδεση με %s