Термопомпени системи

Цел на термопомпените системи е да се поддържа температура в дадено помещение над тази на околната среда, или да осигурява топлинна енергия за определени промишлени процеси, които протичат при нарастващи температури. Термопомпените системи имат много общи неща с хладилните системи, като могат да бъдат както от паро-компресорен тип, така и от абсорбционен тип. Паро-компресорните термопомпи са подходящи за отопление на помещения от бита и се използват основно за тази цел. Абсорбционните термопомпи са създадени за индустриални приложения, но все повече се използват за отопление на сгради.
За разлика от хладилните системи, целта на цикъла на Карно сега е да пренася топлинен поток към пространство, което трябва да се отоплява. При стационарен режим, топлинният поток, който се доставя в горещата област, е сума от топлинния поток, който се пренася към работното тяло от студения резервоар и нетната консумирана мощност в цикъла.
Коефициентът на ефективност (СОР) на термопомпения цикъл се определя като отношение на загряващия ефект към чистата изразходвана енергия за постигането му.
Известно, е че когато температурата на студения резервоар (околен въздух, почва, подземни води) се понижава, коефициентът на ефективност на термопомпения цикъл на Карно намалява. Този белег е присъщ и на реалните термопомпени системи и обяснява защо, системи, за които студеният резервуар е местната околната среда, налагат използване на поддържащи отоплителни системи в дни, в които външните температури са много ниски. Ако се използват водни източници за студен резервуар, наземни или подземни (кладенци), относително високи коефициенти на ефективност могат да се постигнат, независимо от ниските температури на околния въздух. В този случай, при правилно оразмерена система почти не се налага използването на поддържащи отоплителни системи.
Повечето съвременни термопомпени системи са от паро-компресорен тип, но те се различават значително от модела, реализиращ цикъл на Карно. Енергийният анализ на паро-компресорната термопомпа е същия, като този на паро-компресорната хладилна машина. По същия начин се дискутират и отклоненията от идеалния цикъл, свързани с необратимостите в отделните компоненти.
Типичната паро-компресорна термопомпа за отопление, която има същите основни компоненти като паро-компресорната хладилна система: компресор, кондензатор, дроселиращ вентил и изпарител. Целта на системата, обаче, е различна. При термопомпената система, идва от околната среда, а е насочена директно към жилището, като желан ефект. За да се получи това, е необходимо да се изразходи работа.
Коефициентът на ефективност на проста паро-компресорна термопомпа никога не може да бъде по-малкък от 1.
Различни топлинни източници могат да бъдат използвани за пренасяне на топлинен поток към хладилния агент, преминаващ през изпарителя, като: атмосферен въздух; земна почва; езера, реки или водни кладенци. Топлоносители, циркулиращи през слънчеви колектори и съхранявани в изолирани резервоари, също могат да се използват като топлинен източник за термопомпа. Индустриалните термопомпи използват отпадна топлина, от затоплена вода или газови потоци, като ниско-температурни източници и са способни да достигнат високи температури на кондензация.
В най-разпространения тип паро-компресорни термопомпи за отопление на помещения, изпарителят е в термичен контакт с външния въздух. Такива термопомпи могат да се използват и за охлаждане през лятото, ако се включи обратен клапан. В режим на охлаждане, външният топлообменен апарат става кондензатор, а вътрешният – изпарител. Независимо, че топлинните помпи са по-скъпи като инсталиране и експлоатация от други директни отоплителни системи, те могат да бъдат конкурентни, ако се разглеждат възможностите им за двойно функциониране.