Toplotne črpalke

Toplotne črpalke uporabljamo za ogrevanje prostorov in sanitarne vode. Predstavljajo okolju prijazen način za minimalen poseg v naravo. Njihova prednost je, da delujejo brez izpustov škodljivih plinov, vgradnjo črpalk pa je možno uveljavljati, kot davčno olajšavo. Ker so fosilna goriva zaradi cen naftnih derivatov vedno dražja, je tovrsten način ogrevanja prav zato vedno cenejši (obnovljivi viri energije).

Kaj pravzaprav so toplotne črpalke?

Te naprave prenašajo toploto iz delovnega oziroma hladnega medija (zrak, tla voda) v ogrevalni sistem notranjosti stavbe. Ker naraven tok toplote deluje tako, da se temperatura spemeni iz višjih vrednosti  v nižje lahko rečemo, da toplotne črpalke omogočajo spremembo toplotnega toka v drugo smer. Pri tem porabijo manjšo količino primarne energije od ostalih sistemov ogrevanja in prispevajo k zmanjševanju emisij toplogrednih plinov (npr. žveplov dioksid, ogljikov dioksid, dušikov oksid). Lahko se uporabljajo tudi za hlajenje prostorov, pri čemer se toplota prenese v nasprotno smer iz porabnika, ki hladi v okolje višje temperature. S tem se zadovolji potreba po klimatizaciji prostorov in toploti.

Kako delujejo?

Pomembni fizikalni faktorji delovanja toplotne črpalke so: temperatura, tlak in volumen plina. Kot smo omenili, prenos toplote vedno poteka s toplega proti hladnem. Pri tem je ključen tlak, saj kadar tlak povečamo se poviša tudi temperatura, kadar pa ga zmanjšamo pa se temperatura zniža. Ob vstopu izvora energije spustijo svojo temperaturo pod raven izvora na drugi strani pa jo dvignejo nad potrebno raven za ogrevanje prostorov in vode.

Vir energije (zrak, podtalnica, slanica), črpalka in ogrevalni sistem (radiatorji, talno gretje itd.) kroži v treh krožnih tokih ali krogotokih. Najprej slanica (tekočina ali mešanica, ki je zmešana z alkoholom ali glikolom) pridobi toplotno energijo iz zemlje, vode ali zraka tako, da kroži v zbiralniku energije. V uparjalniku (toplotni prenosnik) se energija toplote prenese na samo hladivo. Ta kroži v krogotoku v katerem se hladivo segreje in spremeni v plinasto stanje. Tlak se v kompresorju dvigne, posledično pa tudi naraste temperatura hladiva (tudi nad 100°C). Zatem vroče hladivo toplotne črpalke sprosti svojo toploto v ogrevalni sistem preko kondenzatorja – hladivo se ohladi in kondenzira ter tako preide v tekoče stanje. Njegova naslednja naloga je znižanje tlaka in temperature preko ekspanzijskega ventila, katere cilj je ohladitev temperature pod nivo toplotnega vira.

Vrste toplotnih črpalk

Ločimo jih glede na različne vire toplote ali energije. Poznamo tri različne sisteme: voda-voda, zemlja-voda, zrak-voda.

Voda-voda je sistem, pri katerem črpalka deluje skozi vso leto. Ogrevalna naprava omogoča maksimalen izkoristek energije, ker je temperatura podtalne vode ves čas enaka. Toploto iz podtalne vode je mogoče pridobiti z postavitvijo cevi v zemlji v sistem zanke preko katerih kroži tekočina. Rezultat ob izkoristku toplotne črpalke pa je topel dom in voda. Sam sistem je primeren za novogradje in starejše objekte. Lahko jih priključimo k že obstoječimi načini ogrevanja (olje, plin,...) in s tem povečamo samo učinkovitost. Njihova prednost je tudi to, da so tiho delujoče, imajo nizke stroške obratovanja, visoko učinkovitost ter okolju prijazna hladila.

Toplotne črpalke, ki delujejo na sistem zemlja-voda vsebujejo edini brezplačen vir toplotne energije – zemljo. Ta izkorišča toploto pod zemljino skorjo s prečrpavanjem vode skozi njo. Na podlagi tega se poveča temperatura, katera se porabi za ogrevanje doma in sanitarne vode. To vrsto črpalk lahko primerjamo z grelnikom vode, le da ta uporablja toploto iz zemlje, grelniki pa pri tem uporabljajo električno energijo ali gorivo. Ta črpalka porabi majhno količino električne energije za zagon, glede na količino toplote, ki jo ustvari. V primeru, da se odločite za namestitev toplotne črpalke pa potrebujete dovolj velik in odprt prostor za izkop zemlje. Zraven spadajo stroški vrtanja v zemljo, zato bo pomembno v kakšni postavitvi (horizontalno ali vertikalno) bo vaš sistem pod zemljo. Vzdrževanje sistema je zgolj osnovno, saj sama črpalka nima veliko mehanskih delov. Ker je vse skupaj v zemlji, ima celoten sistem zavetje pred vsemi vremenskimi vplivi.

Pri sistemu zrak-voda črpalka zadovoljuje toplotne potrebe objekta do določene zunanje temperature zraka, običajno do -5°C. Pri nižjih temperaturah pa se črpalka izklopi in nato nastopi sekundarni vir ogrevanja (npr. toplovodni kotel). Je najcenejša oblika toplotne črpalke, poceni za vzdrževanje in je povsod na voljo. Poleg toplote zraka izven objekta izkorišča tudi toploto notranjosti objekta, kar pa je običajno klet, saj temperatura zraka pretirano ne niha. Prav tako je tudi na podstrešju, kajti tam se načeloma temperatura ne spusti pod ničlo. Te vrste črpalk torej samostojno pokrivajo izgube toplote objekta do zunanje temperature -5°C, pod to temperaturo pa je nato potrebno koristiti druge ogrevalne sisteme. Pri tem s črpalko zadovoljimo več kot 90% toplotnih potreb našega objekta ali doma. Hranilnik toplote je pri črpalki zrak-voda obvezen, ker se porabi določena količina energije iz ogrevalnega kroga za odtaljevanje uparjalnika. Toplotne črpalke se uporabljajo pri ogrevanju vode, nameščene pa so na grelnik vode. Lahko segreje tudi do 1400 litrov vode na dan, pri tem pa porabi trikrat manj energije kot običajni grelniki.