Τα τελευταία χρόνια οι αντλίες θερμότητας εξελίσσονται συνεχώς σε τεχνολογικό επίπεδο και έχουν κερδίσει την εμπιστοσύνη των καταναλωτών, διότι έχουν μεγάλη ενεργειακή απόδοση.
Του κ. Σάββα Σαββέλου*
Οι αντλίες θερμότητας είναι ψυκτικές μηχανές που αξιοποιούν τις ιδιότητες των ψυκτικών ρευστών και λειτουργούν αντίστροφα στον κύκλο ψύξης, αντλώντας θερμότητα από τον αέρα του περιβάλλοντος ή από το έδαφος, την οποία μεταφέρουν σε χώρους που επιθυμούμε να θερμάνουμε. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω της συνεχούς εναλλαγής της κατάστασης των ψυκτικών ρευστών που συντελείται στις ψυκτικές μηχανές μέσω του κύκλου ψύξης.
Με την εξάτμιση των ψυκτικών ρευστών απορροφάται θερμότητα, και εν συνεχεία με την συμπύκνωσή τους απορρίπτεται. Στη λειτουργία ψύξης, οι ψυκτικές μηχανές απορροφούν θερμότητα από έναν εσωτερικό χώρο και τη μεταφέρουν στον αέρα του περιβάλλοντος, με αποτέλεσμα να επιτυγχάνεται ψύξη στον εσωτερικό χώρο.
Στην αντίστροφη λειτουργία τους οι ψυκτικές μηχανές – αντλίες θερμότητας απορροφούν – αντλούν θερμότητα από τον αέρα του περιβάλλοντος (ακόμα κι όταν η εξωτερική θερμοκρασία είναι πολύ χαμηλή) ή από το έδαφος, και τη μεταφέρουν για να την απορρίψουν στους εσωτερικούς χώρους, με αποτέλεσμα τη θέρμανσή τους.
Είδη αντλιών θερμότητας
Οι αντλίες θερμότητας διακρίνονται σε τρία βασικά είδη:
α) Αντλίες θερμότητας αέρα / αέρα
Η αντλία αυτού του είδους απορροφά θερμότητα από τον αέρα του περιβάλλοντος, ακόμη και σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, και την απορρίπτει στο εσωτερικό του θερμαινόμενου χώρου χρησιμοποιώντας ως μέσο απόρριψης τον αέρα. Χαρακτηριστική περίπτωση αποτελούν τα διαιρούμενα κλιματιστικά μηχανήματα (split systems), τα οποία καλύπτουν οικιακές εφαρμογές κλιματισμού ψύξης – θέρμανσης αλλά και μεγαλύτερες εφαρμογές ημικεντρικού κλιματισμού.
β) Αντλίες θερμότητας αέρα / νερού
Μια αντλία αυτού του είδους απορροφά θερμότητα από τον αέρα του περιβάλλοντος, ακόμη και σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, και την απορρίπτει στο εσωτερικό του θερμαινόμενου χώρου χρησιμοποιώντας ως μέσο απόρριψης το νερό.
Χαρακτηριστικές περιπτώσεις εφαρμογών αποτελούν οι εγκαταστάσεις με θερμαντικά σώματα, με ενδοδαπέδια θέρμανση ή με εσωτερικές τοπικές κλιματιστικές μονάδες νερού (fan coil units) για κάλυψη και των αναγκών ψύξης.
Οι αντλίες θερμότητας αέρα / νερού διατίθενται σε δύο βασικούς τύπους:
- i) Αντλίες με διαιρούμενο σύστημα (split system).
- ii) Αντλίες με σύστημα mοnobloc.
Επίσης διακρίνονται σε:
- i) Αντλίες χαμηλών ή μέσων θερμοκρασιών (με έξοδο νερού 50°C – 60°C)
- ii) Αντλίες υψηλών θερμοκρασιών (με έξοδο νερού περίπου 70°C).
γ) Γεωθερμικές αντλίες θερμότητας
Η αντλία αυτού του είδους απορροφά θερμότητα από το έδαφος ή από υπόγεια ύδατα και την απορρίπτει στο εσωτερικό του θερμαινόμενου χώρου χρησιμοποιώντας ως μέσο απόρριψης κυρίως το νερό.
Χαρακτηριστικές περιπτώσεις εφαρμογών αποτελούν οι εγκαταστάσεις ενδοδαπέδιας θέρμανσης ή και o συνδυασμός αυτών με τερματικές τοπικές μονάδες νερού (fan coil units) για κάλυψη των αναγκών κλιματισμού σε ψύξη – θέρμανση.
Ενεργειακή απόδοση
Για τη λειτουργία των αντλιών θερμότητας απαιτείται κατανάλωση ενέργειας (κυρίως ηλεκτρικής). Η κατανάλωση όμως αυτή δεν είναι για την παραγωγή αλλά για τη μεταφορά της θερμικής ενέργειας στους θερμαινόμενους χώρους. Εκεί βρίσκεται το πλεονέκτημα των αντλιών θερμότητας: Για κάθε μονάδα ενέργειας που καταναλώνουν για την λειτουργία τους, μπορούν να μεταφέρουν και να αποδώσουν στο θερμαινόμενο χώρο πολλαπλάσιες μονάδες θερμικής ενέργειας.
Το πηλίκο της αποδιδόμενης προς την απορροφούμενη ισχύ είναι ένας χαρακτηριστικός συντελεστής για κάθε αντλία θερμότητας, ο οποίος ονομάζεται «συντελεστής απόδοσης» (Coefficient Of Performance [COP]), ή αλλιώς «συντελεστής συμπεριφοράς». Ο συντελεστής COP καθορίζει την απόδοση της αντλίας θερμότητας σε θέρμανση στις ονομαστικές συνθήκες λειτουργίας, όπως αυτές ορίζονται από τον κατασκευαστή.
Αντίστοιχα, ο «συντελεστής εποχιακής απόδοσης» (Seasonal Coefficent Of Performance [SCOP]) καθορίζει την απόδοση της αντλίας θερμότητας για όλη την περίοδο που καλείται να λειτουργήσει σε θέρμανση.
Οι δείκτες COP και SCOP δείχνουν στην ουσία πόσο καλά μία αντλία θερμότητας χρησιμοποιεί την ηλεκτρική ενέργεια που καταναλώνει για να παρέχει θέρμανση. Μία αντλία θερμότητας με υψηλούς δείκτες COP και SCOP εξασφαλίζει μεγάλη εξοικονόμηση ενέργειας και είναι πιο οικονομική στη χρήση.
Η αποδοτικότητα των αντλιών θερμότητας έχει βελτιωθεί πολύ τα τελευταία χρόνια χάρη:
- Στην τεχνολογία inverter.
- Στις σύγχρονες τεχνολογίες που εφαρμόζονται στους συμπιεστές, στους εναλλάκτες θερμότητας και στις διατάξεις αυτοματισμού και ελέγχου λειτουργίας (π.χ. αντιστάθμιση μεταξύ της θερμοκρασίας προσαγωγής νερού και της θερμοκρασίας περιβάλλοντος)
- Στη χρήση νέων ψυκτικών ρευστών με μεγάλη απόδοση.
Σήμερα, με το κόστος της ενέργειας να αυξάνεται ολοένα και περισσότερο, η χρήση των αντλιών θερμότητας αποτελεί ιδανική λύση για εξοικονόμηση ενέργειας, τόσο στις οικιακές εφαρμογές θέρμανσης – κλιματισμού όσο και στις μεγαλύτερες εγκαταστάσεις επαγγελματικών εφαρμογών κλιματισμού.
Σωστή επιλογή
Ωστόσο, για τη μέγιστη αξιοποίηση της αποδοτικότητας των αντλιών θερμότητας, απαιτείται σωστή επιλογή τόσο του τύπου της αντλίας (ανάλογα με την εφαρμογή) όσο και του μεγέθους της (σωστή διαστασιολόγηση).
Πριν την αγορά μιας αντλίας θερμότητας θα πρέπει να εξετάζεται εάν αυτή θα εγκατασταθεί:
- Σε υφιστάμενο σύστημα θέρμανσης με υπάρχοντα θερμαντικά σώματα.
- Σε νέα εγκατάσταση με ενδοδαπέδια θέρμανση.
- Σε εγκατάσταση που θα λειτουργεί σε θέρμανση και ψύξη.
- Σε εγκατάσταση όπου θα καλύπτει και τις ανάγκες παραγωγής ζεστού νερού χρήσης (ΖΝΧ) κλπ.
Μεγάλο ρόλο στην απόδοση και στην οικονομική λειτουργία μίας αντλίας θερμότητας παίζει επίσης η κλιματική ζώνη στην οποία θα εγκατασταθεί και θα λειτουργεί, καθώς ο συντελεστής απόδοσης της αντλίας θερμότητας διαφέρει ανά περιοχή λόγω συνθηκών.
Για παράδειγμα στην Αττική, λόγω ηπιότερων συνθηκών σε σχέση με τη Θεσσαλονίκη, μια αντλία θερμότητας θα λειτουργεί σε μερικό φορτίο για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, άρα και με μεγαλύτερους συντελεστές αποδοτικότητας COP και SCOP, εξασφαλίζοντας μεγαλύτερη εξοικονόμηση ενέργειας.
Επίσης, ένας σημαντικός παράγοντας για τη βέλτιστη απόδοση της αντλίας θερμότητας –και κατ’ επέκταση την εξοικονόμηση ενέργειας– είναι η σωστή τοποθέτηση και εγκατάσταση του συστήματος, σύμφωνα με τις οδηγίες του οίκου κατασκευής αλλά και σύμφωνα με τους κανόνες και τις τεχνικές οδηγίες που είναι σε ισχύ.
Όλα τα παραπάνω όμως εξασφαλίζονται μόνο αν οι καταναλωτές απευθύνονται σε μηχανικούς που διαθέτουν εμπειρία σε εφαρμογές αντλιών θερμότητας, καθώς και σε κατάλληλα καταρτισμένους και ειδικευμένους τεχνικούς για τις εργασίες εγκατάστασης των αντλιών.
Συγκριτική μελέτη
Μελέτη του Εργαστηρίου Ατμοκινητήρων και Λεβήτων του ΕΜΠ, που εκπονήθηκε σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Χημικών Διεργασιών και Ενεργειακών Πόρων του Εθνικού Κέντρου Έρευνας και Τεχνολογικής Ανάπτυξης (Ε.Κ.Ε.Τ.Α.), αναδεικνύει την οικονομική λειτουργία των αντλιών θερμότητας.
Κατά τη μελέτη πραγματοποιήθηκε τεχνοοικονομικός υπολογισμός όσον αφορά τις διαθέσιμες τεχνολογίες θέρμανσης στην ελληνική αγορά. Έγινε σύγκριση μεταξύ των παραδοσιακών τρόπων θέρμανσης (λέβητα πετρελαίου, λέβητα φυσικού αερίου, λέβητα στερεών καυσίμων κλπ.) και των αντλιών θερμότητας σε κάθε συνθήκη χρήσης και σε διάφορες κλιματικές ζώνες, και λήφθηκαν υπόψη οι τρέχουσες τιμές ενέργειας ανά kWh.
Μηδενικές εκπομπές
Καθώς οι αντλίες θερμότητας έχουν μεγάλο συντελεστή αποδοτικότητας (συντελεστή SCOP τουλάχιστον ≥ 3,5), καταναλώνουν τη λιγότερη ενέργεια σε σύγκριση με τα άλλα συμβατικά συστήματα θέρμανσης. Με τον τρόπο αυτό συμβάλουν σημαντικά στη μείωση του ανθρακικού αποτυπώματος των εγκαταστάσεων που χρησιμοποιούνται, ενώ παρουσιάζουν μηδενικές εκπομπές ρύπων σε τοπικό επίπεδο, αφού δεν υπάρχει καύση στο χώρο λειτουργίας τους.
*O κ. Σάββας Σαββέλος είναι μηχανολόγος μηχανικός ΤΕ, ελεύθερος επαγγελματίας και μέλος του Εποπτικού Συμβουλίου Συνεταιρισμού Επαγγελματιών Ψυκτικών Ελλάδος (Σ.Ε.Ψ.Ε.) ]