Toplotne črpalke učinkovito ogrevajo s tehnologijo, ki temelji na obnovljivih virih energije. Toplotne črpalke lahko ogrevajo, hladijo in pripravijo toplo vodo, neodvisno od fosilnih goriv. Z njimi pridobite maksimalno udobje, ustvarite oazo dobrega počutja in nizke položnice ogrevanja. In to je res dober občutek.
Številni se sprašujejo, kako je to mogoče, kako deluje toplotna črpalka, katere vrste toplotnih črpalk poznamo in katero toplotno črpalko izbrati. Naj vam na enostaven način odgovorimo na vprašanja in pojasnimo delovanje toplotne črpalke in sestavne dele, s katerimi omogoča ogrevanje in hlajenje.
Skok na temo:
- Glavni sestavni deli toplotne črpalke in hladilni krogotok
- Toplotne črpalke različnih vrst
- Kako deluje toplotna črpalka zrak–voda?
- Kako deluje toplotna črpalka zemlja–voda?
- Kako deluje toplotna črpalka voda–voda?
- Kako deluje hibridna toplotna črpalka?
- Kako deluje toplotna črpalka s prezračevalnim sistemom?
- Kako deluje toplotna črpalka zrak–zrak oz. klimatska naprava?
- Kako deluje toplotna črpalka za sanitarno vodo?
- Hlajenje s toplotno črpalko
- Kako delujejo toplotne črpalke zrak–voda pri ekstremnih zunanjih temperaturah?
- Zamrzovanje zunanje enote toplotne črpalke
- Zakaj izbrati toplotno črpalko?
- Kateri tip toplotne črpalke naj izberem?
- Ogrevanje prihodnosti
Glavni sestavni deli toplotne črpalke in hladilni krogotok
Na osnovi podatkov, ki jih posredujejo zunanje tipalo, termostat v prostoru ter temperatura ogrevalne oz. sanitarne vode v sistemu, algoritem toplotne črpalke določi, kdaj se le-ta vklopi ter tako ogreva prostore preko radiatorjev, ploskovnega ogrevanja (talnega, stropnega, stenskega gretja) ali ventilatorskih konvektorjev. Mogoče so tudi kombinacije navedenih grelnih teles.
Z vklopom toplotne črpalke prenese le-ta toploto iz zraka, zemlje ali vode na zaprt hladilni krogotok naprave. Glavni sestavni deli toplotne črpalke oz. zaprtega hladilnega krogotoka so:
- Hladivo: medij, ki hitro spreminja agregatna stanja iz plina v tekočino in nazaj ter absorbira, prenaša in oddaja toploto.
- Uparjalnik – prenosnik toplote: prenaša toploto iz okolice na hladivo, ki kroži v zaprtem krogotoku toplotne črpalke. Hladivo se v uparjalniku upari oz. spremeni agregatno stanje (tekoče v plinasto).
- Kompresor: za svoje delovanje potrebuje električno energijo. Uparjeno hladivo stisne in mu s tem pomembno dvigne tlak in posledično tudi temperaturo (nastanek vroče pare).
- Kondenzator – prenosnik toplote: prenaša toploto vroče pare na ogrevalni sistem v zgradbi. Hladivo se pri prenosu toplote na kondenzatorju utekočini. Ko hladivo sprosti toploto, se namreč spremeni nazaj v tekočino.
- Ekspanzijski ventil: uravnava pretok hladiva, zaradi katerega mu dodatno padeta tlak in temperatura. Tako pridemo spet v začetno stanje. Hladivo nato potuje do uparjalnika, krožni postopek pa se ponovi.
Toplotne črpalke različnih vrst
Obstaja več vrst toplotnih črpalk. Delimo jih na:
- toplotne črpalke zrak–voda: izkoriščajo toploto iz zraka,
- toplotne črpalke zemlja–voda: izkoriščajo toploto iz zemlje,
- toplotne črpalke voda–voda: izkoriščajo toploto iz vode.
Poznamo pa tudi:
- hibridne toplotne črpalke,
- toplotne črpalke s prezračevalnim sistemom,
- toplotne črpalke zrak–zrak oz. klimatske naprave,
- sanitarne toplotne črpalke.
Kako deluje toplotna črpalka zrak–voda?
Toplotne črpalke zrak–voda delujejo tako, da izkoriščajo zunanji zrak kot vir toplote ali hladu – odvisno od zunanje temperature oz. letnega časa. Toplotna črpalka v zimskih mesecih in hladnejšem vremenu izkorišča toploto iz zunanjega zraka in jo prenese na ogrevalni sistem v stavbi (zgoraj opisan proces oz. hladilni tokogrog). V poletnih mesecih je proces obraten in toplotna črpalka odvzema toploto iz notranjih prostorov ter jo oddaja v okolico.
Toplotne črpalke zrak - voda se lahko uporabljajo v vseh podnebjih, čeprav so manj učinkovite v zelo hladnih podnebjih. Poleg vsestranskosti jih odlikuje tudi enostavna vgradnja.
Kako deluje toplotna črpalka zemlja–voda?
Geotermalna toplotna črpalka je eden najučinkovitejših in zato podnebju najprijaznejših ogrevalnih sistemov, saj gre za ogrevanje z brezplačno toploto iz zemlje. Uporablja sončno energijo, shranjeno v tleh ali geotermalno energijo iz večjih globin in jo preko hladilnega tokokroga v toplotni črpalki prenese v koristno toploto. Ker je v zemlji razmeroma konstantna temperatura, geotermalna toplotna črpalka zagotavlja zanesljivo delovanje vse leto.
Toplotne črpalke zemlja–voda v zimskih mesecih uporabljajo zemljo oz. tla kot vir toplote, v toplejših poletnih mesecih pa kot ponor toplote. Toploto oz. hlad zemlje lahko izkoriščajo preko dveh načinov: z zemeljskim oz. cevnim kolektorjem ali z geosondo. Za izkoriščanje hladu je najbolj primerna geosonda.
Cevni kolektor je vkopan zgolj 1-2 metra pod zemljo, medtem ko se geosonda izvrta do 100 oz. maksimalno 120 metrov globoko v zemljo. Po cevnem kolektorju ali geosondi potuje mešanica protizmrzovalne tekočine in vode, ki prenaša toploto in jo odda toplotni črpalki v stavbi, ta pa jo pretvori v koristno toploto za hišo.
Ta tip toplotnih črpalk je učinkovitejši v primerjavi s toplotnimi črpalkami zrak–voda, vendar je njihova namestitev dražja.
Kako deluje toplotna črpalka voda–voda?
Toplotne črpalke voda-voda izkoriščajo podtalnico kot vir toplote pozimi in vir hladu poleti. Za uporabo tega tipa toplotne črpalke so potrebne večje vodne površine na določenih globinah (podtalnica). Izkoriščajo se lahko tudi drugi vodni viri kot npr. jezero ali morje.
Največkrat se uporablja podtalnica, ki jo odlikuje zelo konstantna temperatura skozi celo leto. Ta tip toplotne črpalke zahteva izdelavo dveh vrtin za črpanje (črpalna vrtina) in vračanje podtalnice (ponorna vrtina). Gre torej za odprt sistem geotermalne vrtine.
Kako deluje hibridna toplotna črpalka?
Hibridni sistemi združujejo zanesljivost in udobje ogrevanja na plin oz. olje ter na drugi strani brezplačni in ekološki doprinos energije iz okolice s pomočjo delovanja toplotne črpalke. Hibridne toplotne črpalke torej uporabljajo vsaj dva različna vira energije, ki na bivalenten alternativen način obratovanja zagotavljajo najboljšo učinkovitost in zmogljivost ogrevanja, ne glede na zunanje temperature okolice.
Hibridna toplotna črpalka združuje stroškovno učinkovitost toplotne črpalke z zanesljivostjo in močjo tradicionalnega ogrevalnega sistema. Zagotavlja bolj konsistentno in udobno notranjo klimo, hkrati pa prihrani električno energijo in denar.
Hibridne toplotne črpalke imajo običajno nadzorni sistem, ki določa, kdaj uporabiti toplotno črpalko in kdaj drugi vir ogrevanja (plinska oz. oljna peč) ter samostojno izbere tisti vir energije, ki ob trenutnih cenah energentov in trenutnih vremenskih razmerah omogoča največje prihranke. Regulacija avtomatsko preračunava stroške ogrevanja, ki so odvisni od:
- trenutnih cen energenta (plin/olje/elektrika),
- izkoristka toplotne črpalke, glede na trenutno zunanjo temperaturo.
Regulacija preklopi na toplotno črpalko, kadar je to najučinkovitejša možnost, in preklopi na drugi vir ogrevanja, kadar je potrebna dodatna toplota.
Kako deluje toplotna črpalka s prezračevalnim sistemom?
Kompaktna toplotna črpalka zrak–voda s prezračevalnim sistemom lahko učinkovito opravlja do štiri različne funkcije v eni napravi:
- ogrevanje prostorov,
- centralno prezračevanje,
- priprava tople sanitarne vode,
- hlajenje prostorov v poletnih dneh.
Kompaktna toplotna črpalka s prezračevalnim sistemom je pravzaprav toplotna črpalka zrak-voda, ki tudi pri nizkih zunanjih temperaturah dosega visoko učinkovitost. V napravi je vgrajen sodoben centralni prezračevalni sistem, ki ohranja visoko kakovost zraka, zadrži toploto v hiši ter tako izkoristi do 90 odstotkov toplote, ki bi se drugače izgubila skozi odprta okna. Del izkoriščene toplote iz prezračevanja koristi tudi kot vir toplote za delovanje toplotne črpalke pri ogrevanju stavbe. Kompaktna toplotna črpalka s prezračevalnim sistemom se izkoristi tudi za pripravo tople sanitarne vode, pri čemer vgrajeni grelnik sanitarne vode zadosti potrebam celotne družine. Naprava ima običajno vgrajeno tudi funkcijo energetsko učinkovitega hlajenja prostorov. Edinstvena tehnologija te naprave deluje izjemno učinkovito in elegantno.
Kako deluje toplotna črpalka zrak–zrak oz. klimatska naprava?
Klimatska naprava pri ohlajanju prostora odvzema topli zrak iz prostora in ga oddaja zunanjosti. Pozimi, ko moramo ogrevati prostore, pa izkorišča zunanji zrak kot vir toplote. To prenaša v notranje prostore preko notranje enote. Notranja enota klimatske naprave torej greje, medtem ko zunanja enota hladi.
Toplotna črpalka zrak–voda je primarno razvita za ogrevanje, klimatska naprava pa za hlajenje. Toplotne črpalke namreč delujejo v širšem razponu temperatur toplotnega vira in so v primerjavi s klimatsko napravo bolj učinkovite pri nizkih temperaturah. Kljub temu se danes obe napravi uporabljata tako za ogrevanje kot hlajenje prostorov.
Klimatska naprava je v bistvu zelo podobna toplotni črpalki zrak–voda, saj njun hladilni krogotok deluje na enak način. Bistvena razlika med njima je, da se pri klimatski napravi toplota ne prenaša na ogrevalno vodo, ki kroži po sistemu (radiatorji, ploskovno ogrevanje …), ampak se preko notranje enote klime vpihuje neposredno v prostor. Zaradi tega se lahko klimatsko napravo poimenuje tudi toplotna črpalka zrak–zrak (toplota oz. hlad se prenese na zrak in ne na vodo). Klime so izvrstna dopolnitev k drugim načinom ogrevanja in hlajenja ter običajno zelo primerne za prostore brez centralnega ogrevanja in hlajenja.
Čeprav je klimatska naprava učinkovitejša za hlajenje prostorov, se lahko odlično izkaže kot podpora ogrevanju posameznih prostorov. Lokalna uporaba klimatskih naprav za ogrevanje prostorov je v primerjavi z drugimi načini ogrevanja, ki potrebujejo elektriko, učinkovitejša in varčnejša. Investicija v klimatsko napravo je nizka in nezahtevna.
Kako deluje toplotna črpalka za sanitarno vodo?
Toplotna črpalka za sanitarno vodo izkorišča zrak kot vir toplotne energije. Njen osnovni namen je zagotoviti toplo sanitarno vodo za vse člane gospodinjstva. Z izkoriščanjem toplotne energije zraka prinaša do 70 odstotkov prihranka pri pripravi tople sanitarne vode, hkrati pa predstavlja izredno ekološko in učinkovito rešitev ogrevanja vode.
Hlajenje s toplotno črpalko
Številne toplotne črpalke omogočajo tudi hlajenje oz. pohlajevanje v povezavi s talnim, stenskim ali stropnim sistemom ali preko ventilatorskih konvektorjev. Na ta način lahko ohladimo vsak prostor brez uporabe klimatske naprave. Uporaba toplotne črpalke s funkcijo hlajenja ima še eno prednost v primerjavi s klimatsko napravo: v prostoru ni hrupa in prekomernega pihanja hladnega zraka. Po drugi strani pa se je potrebno zavedati, da toplotne črpalke niso namenjene za "sunkovite spremembe", njihov optimalen učinek prejmemo, kadar delujejo neprestano in ne s pogostimi vklopi in izklopi.
Toplotna črpalka lahko ohladi prostor z odvzemanjem toplote iz notranjosti doma in sproščanjem v okolico. To naredi z istim postopkom, kot ga toplotna črpalka uporablja za ogrevanje doma, vendar je proces obrnjen.
Kako delujejo toplotne črpalke zrak–voda pri ekstremnih zunanjih temperaturah?
Toplotne črpalke zrak–voda lahko delujejo v širokem razponu temperatur toplotnega vira, vendar običajno niso tako učinkovite pri izjemno nizkih ali zelo visokih temperaturah. Nekatere vrste lahko obratujejo tudi do -25 °C.
Toplotne črpalke lahko vzdržujejo konstantno temperaturo v domu, ker uporabljajo elektriko samo za prenos toplote, namesto da neposredno proizvajajo toploto, kot to počnejo električne ogrevalne naprave. Zaradi tega so energetsko in stroškovno učinkovitejše, zlasti v zmernem podnebju.
V zelo mrzlem podnebju toplotna črpalka zrak–voda morda ne bo tako učinkovita kot tradicionalni ogrevalni sistemi, ker postane črpanje toplote iz zunanjega zraka težje zaradi njegove nizke temperature. Posledično mora toplotna črpalka vložiti več energije za vzdrževanje enakomerne temperature v domu, kar lahko povzroči večjo porabo elektrike in višje stroške. V teh primerih je treba toplotno črpalko zrak–voda dopolniti z drugim virom ogrevanja, kot je npr. peč na plin, olje ali lesno biomaso.
Običajno so toplotne črpalke zrak–voda manj učinkovite v izjemno hladnih območjih in za zelo mrzla podnebja niso najboljša izbira. Na takih mestih je lahko boljša izbira tudi toplotna črpalka zemlja-voda ali voda-voda, ki ni toliko odvisna od temperature zunanjega zraka.
Zamrzovanje zunanje enote toplotne črpalke
Lahko se zgodi, da zunanja enota toplotne črpalke zrak–voda v mrazu zaledeni ali zamrzne – še posebej, če so zunanje temperature med okoli 5 °C in -5 °C, ker je vsebnost vlage v zraku takrat največja.
Če se je na toplotni črpalki nabral led, lahko ta deluje manj učinkovito in težje ogreva dom, ker ne zmore odvzeti toplote zraku. Vsaka toplotna črpalka ima zaradi teh pojavov znotraj hladilnega sistema rešeno odtaljevanje, kjer se proces delovanja naprave preko štiripotnega ventila (vgrajen v toplotni črpalki zrak–voda) obrne in tako odtali uparjalnik na zunanji enoti. V primerih nezadostnega odtaljevanja toplotne črpalke priporočamo, da v tem primeru preveri strokovni delavec in ugotovi vzrok nezadostnega odtaljevanja ter odpravi morebitne težave, ki bi lahko vplivale na delovanje naprave.
Če se naprava ne odmrzne pravilno in se led na toplotni črpalki pretirano nabere, lahko to povzroči okvaro naprave ali popolno prenehanje delovanja.
Dobra praksa so redni pregledi in vzdrževanje toplotne črpalke, saj s tem preprečimo težave, hkrati pa ji podaljšamo življenjsko dobo.
Zakaj izbrati toplotno črpalko?
Toplotna črpalka je naprava, ki izkorišča obnovljive vire energije in s pomočjo električne energije prenaša toploto z enega medija na drug medij. Naprava za svoje delovanje uporablja energijo iz zraka, vode ali zemlje. S pomočjo glavnih komponent toplotne črpalke se sprejme toplota na nižjem temperaturnem nivoju iz okolja in pretvori energijo v toploto na višjem temperaturnem nivoju, ki jo potrebuje stavba.
Bistvena prednost toplotne črpalke pred drugimi načini ogrevanja je njena izjemna učinkovitost. Višje grelno število COP, ki ga ima toplotna črpalka, nižji račun za ogrevanje lahko pričakujemo. Nekatere toplotne črpalke dosegajo COP tudi preko 5, kar pomeni, da za 1 kW porabljene električne energije prejmemo tudi preko 5 kW energije za ogrevanje. Torej naprava za delovanje vzame štiri petine potrebne toplote iz zraka, zemlje ali vode, preostalo pa predstavlja električna energija za pogon kompresorja. Drugače zapisano, narava nam nudi brezplačno 80 odstotkov energije.
Še bolj realno sliko učinkovitosti toplotne črpalke poda število SCOP. To je letno grelno število, ki upošteva dejansko razmerje med vloženo električno energijo in prejeto toplotno energijo v obdobju enega leta.
Vgradnja toplotne črpalke bo torej koristila vam in našemu planetu. Vaše prostore bo ogrevala in lahko tudi hladila zelo učinkovita naprava in to za resnično nizke stroške. Ustvarili boste prijetno bivanje in varne možnosti za vaš dom. Obenem boste ob nakupu kakovostih toplotnih črpalk deležni tudi nepovratnih finančnih spodbud Eko sklada. Z uporabo toplotne črpalke poskrbite tudi za naš planet, saj zmanjšujete emisije CO2.
Kateri tip toplotne črpalke naj izberem?
Pomembno je, da izberete toplotno črpalko, ki ustreza vašemu domu ali podjetju. Toplotne črpalke se po svetu že desetletja uporabljajo za ogrevanje in hlajenje manjših stanovanj, hiš, poslovnih prostorov, hotelov, javnih objektov in drugih večjih zgradb. Naj gre za novogradnjo ali posodobitev, toplotno črpalko nameščeno znotraj ali zunaj objekta. Obstajajo rešitve in modeli za praktično vsako situacijo.
Vsekakor priporočamo posvet s strokovnjakom za ogrevanje in hlajenje, da določite najboljšo vrsto toplotne črpalke za vaše specifične potrebe. Ocenijo lahko vaš objekt in okolico ter vam priporočijo najprimernejše in stroškovno učinkovite možnosti.
Ogrevanje prihodnosti
Obnovljivi viri energije ponujajo nove možnosti oskrbe z energijo, saj znižajo emisije in so tako odlična alternativa fosilnim gorivom. Po podatkih vodnika po EU je bil leta 2021 zastavljen cilj, da bi do 2030 kar 40 odstotkov energije v EU pridobili iz obnovljivih virov. Obenem svetovni dogodki vplivajo na tovrstne odločitve in pospešujejo prehod na zeleno energijo.
Vse to se bo odražalo tudi pri ogrevanju naših domov in podjetij. Ogrevalni sistemi bodo pretežno izkoriščali obnovljive vire energije. Zato se zanesite na tehnologijo toplotnih črpalk, ki vam bo poleg vseh prednosti izkoriščanja obnovljivih virov energije zagotovila tudi maksimalno udobje ter dolgotrajno oskrbo z ogrevanjem, hlajenjem, toplo vodo in lahko tudi svežim zrakom.