Zakaj toplotna črpalka

Ekonomičnost

Globalno pomanjkanje nafte in izvorov fosilne energije narašča in ga je dolgoročno nemogoče ustaviti. Rast populacije in vedno nove, porajajoče se ekonomije rešitve žal ne prinašajo. Z toplotnimi črpalkami boste od neobnovljivih virov energije, kot sta nafta in zemeljski plin, popolnoma neodvisni; svoje energijske potrebe boste zmanjšali na minimum. Naše toplotne črpalke vam bodo omogočale uporabo energije iz okolja, ki drugače ostane neizkoriščena, za ogrevanje vašega doma.

V primerjavi z vašim sosedom, ki se greje s kurilnim oljem ali plinom, boste s toplotno črpalko zmanjšali svoje stroške za 60-75%. Toplotna črpalka uporabi namreč od 60 do 80% energije iz okolja. Z zmanjšanjem stroškov za ogrevanje in hlajenje boste dosegli večjo ekonomičnost in hkrati polagoma zviševali vrednost vaše nepremičnine.

Nizki stroški delovanja

Dejstvo je, da ni nobene boljše alternative ogrevanju s toplotnimi črpalkami. Neposredno ogrevanje iz toplote, shranjene v zemlji, zraku ali vodi, zagotavlja dandanes najnižje stroške delovanja med vsemi ogrevalnimi sistemi.

Z ogrevanjem s toplotno črpalko lahko uporabimo do 4/5 brezplačne okoljske energije in prihranimo kar 3/4 stroškov v primerjavi s stroški klasičnega ogrevanja.

Za ogrevanje tople vode s temperaturo 30°C ne potrebujete 2000°C vročega ognja. Tehnologija pretiranega gretja je zastarela in predraga. Toplotna črpalka pretvori toploto iz nižjega temperaturnega nivoja v toploto z višjo energijo. Pretvorba je možna zaradi nenehnega krožnega procesa. Hladilna tekočina izpareva pri zelo nizki temperaturi in porabi večji del energije iz okolja (zrak, voda, zemlja), ko prehaja iz tekočega v plinsko stanje.

Mislite na prihodnost in delujte okolju prijazno

Izbor ogrevalnega sistema je odločitev za več desetletij. Ste prepričani, da si boste čez 20 let še vedno lahko privoščili takšen ogrevalni sistem, kot ga imate danes? Z vsakim porastom cen energentov postajajo toplotne črpalke bolj konkurenčne, prihranki v primerjavi s sistemi na zemeljski plin, nafto in drugimi alternativnimi sistemi pa rastejo. Tudi v primeru porasta cene električne energije se zavedajte, da je ¾ energije pri uporabi toplotne črpalke še vedno zastonj!

Prednosti

Toplotne črpalke so ekonomsko in ekološko pomembna tehnologija, zaradi česar njihovo vgradnjo vlada in nekatere organizacije spodbujajo s subvencijami. Poskrbite, da prednosti in olajšave ne bodo šle mimo vas! 

• S pravilno izbiro toplotne črpalke in ogrevalnega sistema lahko prihranite tudi do 75 % stroškov ogrevanja.
  Pri ogrevanju s toplotno črpalko črpamo celo 3/4 potrebne energije s pomočjo naravnih virov. Skupaj z dovršenostjo, kakovostjo in strokovno vgradnjo samih črpalk in njenih materialov, dosežemo izjemno nizke stroške ogrevanja in ohlajevanja.

• Brez dodatnega finančnega vložka do hlajenja v poletnih dneh.
  Toplotno črpalko Coolwex koristimo hkrati za ogrevanje sanitarne vode in hlajenje prostorov brez dodatnih del ali investicij tako pri sistemih stenskega kakor tudi toplozračnega ogrevanja.

VODA/VODA

Ta sistem je eden izmed energetsko najbolj učinkovitih ogrevalnih sistemov. Podtalnica, ki jo koristimo, je namreč zaradi relativno visoke temperature idealen vir toplote, saj z njo dosegamo visoke izkoristke oz. grelna števila (tudi čez 5,0).

Zaradi relativno visoke temperature toplotnega vira je razmerje (COP - grelno število) med skupno pridobljeno energijo in vloženo električno energijo najvišje. Vsi ogrevalni sistemi voda/voda nudijo zelo široko področje uporabe ogrevanja in hlajenja, skupaj s pripravo sanitarne vode. Toplotna črpalka voda/voda potrebuje za svoje delovanje konstanten pretok podtalne, površinske ali tehnološke vode. Potreben pretok vode je odvisen od toplotne moči in temperaturne razlike med vstopno in izstopno vodo.

ZEMLJA/VODA

ZEMLJA/VODA - zemeljski kolektor

Če imate na voljo dovolj uporabne zemeljske površine, priporočamo vgradnjo horizontalnega zemeljskega kolektorja.

Razmerje med investicijo sistema in uporabnostjo je pri tem sistemu največje, torej predstavlja eno izmed najbolj racionalnih virov ogrevanja.

ZEMLJA/VODA - zemeljska sonda

Toplotna črpalka z zemeljsko sondo deluje izredno konstantno in dosega konstantna visoka grelna števila. Je idealen način ogrevanja in ohlajevanja v vseh primerih, kadar ni na razpolago dovolj velike zemeljske površine, kakor tudi ne podtalne vode, oz. le-ta ne zadostuje zahtevanim pogojev.

ZRAK/VODA do najbolj enostavnega in uporabnega ogrevanja in ohlajevanja objektov

Viri toplote

Pri načrtovanju za vgradnjo toplotne črpalke je ključnega pomena vir toplote. Grelno število toplotne črpalke je namreč odvisno od temperature, pri kateri črpamo toploto. Pri tem pa je še potrebno upoštevati temperaturni režim ogrevanja, letne energetske potrebe objekta, zahtevan odstotek kritja energetskih potreb objekta s toplotno črpalko in če je toplotna črpalka predvidena za novogradnjo ali obstoječi objekt.

Med najpogostejše vire sodijo zunanji zrak, odpadni zrak prezračevalnih sistemov, površinske vode, podtalnica, zemlja ter energetske vrtine.
V tem članku bo poudarek na zraku in vodi kot viru toplote, čeprav se toplota zemlje lahko tudi koristno izrabi. Sloji zemlje imajo namreč na globini 15 m skoraj konstantno temperaturo približno + 15°C. Toplota zemlje se koristi tako, da se v izkopani kanal položi kolektor zaprtega sistema. V ceveh kroži delovno sredstvo, ki ga zemlja ogreje za nekaj stopinj. Sistem je izveden tako, da izkoriščanje toplote ne vpliva na floro. Podoben sistem se vgradi za izkoriščanje toplote kamenin - energetske vrtine.

Ta vir toplote je zanesljiv, vendar drag. Globina in premer ene ali več energetskih vrtin sta odvisni od potrebe objekta po ogrevanju in moči vgrajene toplotne črpalke.

Zrak

Zrak je neizčrpen in je povsod na voljo, vendar je potrebno upoštevati, da se moč toplotne črpalke kljub razvojnim dosežkom, z upadanjem temperature zunanjega zraka znižuje. Pri zelo nizkih temperaturah je bilo pri klasičnih toplotnih črpalkah »stare generacije« zrak/voda potrebno zagotoviti dodaten vir ogrevanja. Zaradi nizkih temperatur uparjalnika se na uparjalnikih kondenzira vlaga, ki zamrzne v plast sreža. Nastali srež prepreči pretok zraka skozi uparjalnik in s tem dotok novega zraka, zato je delovni proces toplotne črpalke v takem primeru moten, ali pa v določenih primerih nemogoč. Odmrznitev z vročimi parami ali električnim grelcem je rešitev, vendar se učinkovitost toplotne črpalke zaradi tega zniža.

Izkoriščanje toplote zunanjega zraka je idealno posebno v objektih brez radiatorskega ogrevanja, torej pri ogrevanju z električno energijo. V Sloveniji se približno 30.000 stanovanj ogreva samo z električno energijo. Če bi se samo polovica objektov preusmerila na ogrevanje s toplotnimi 12.500 m3 kurilnega olja (80 % letni izkoristek kotla).

Poleg črpalk, ki izkoriščajo toploto zunanjega zraka, lahko koristimo tudi toploto notranjega zraka. Primerna mesta so npr. v kleti, kjer želimo vzdrževati stalno temperaturo + 3°C, ali podstrešje, kjer redko pade temperatura zraka pod 0 °C. Za ogrevanje sanitarne vode se uporabljajo toplotne črpalke zrak/voda ogrevalne moči od 2 do 3 kW. Zmogljivost ogrevanja je do 1400 litrov vode na dan. Toplotna črpalka je izvedena tako, da je nameščena na grelnik vode. Če je črpalka v ločeni izvedbi se hranilnik vode in črpalka samo povežeta z vodovodnimi cevmi. Za cirkulacijo vode je potrebno vgraditi obtočno črpalko, ki jo upravlja termostat vgrajen v hranilnik vode. Glavna prednost toplotne črpalke je v tem, da ima tri krat manjšo porabo električne energije kot klasični elektro grelec. Vodo segrevamo maksimalno na 55 °C, kar pomeni manjše toplotne izgube v hranilniku vode in na ceveh, prav tako pa manjše nalaganje vodnega kamna na ogrevalne površine. Velik volumen hranilnika energije omogoča delovanje toplotne črpalke na cenejši tarifi električne energije.

Sistem voda/zrak pa se uporablja za ogrevanje zraka, v primerih, ko je hlajeni medij tekočina (vino, olje, tehnološka voda).

Klimatske naprave je tudi možno uporabiti kot toplotne črpalke, vendar klimatske naprave omogočajo običajno delovanje samo do temperature zunanjega zraka + 5 °C ob nižjem grelnem številu. Toplotno črpalko pa lahko z preklopom v reverzibilno delovanje uporabimo za hlajenje objekta.

Izkoriščanje toplote prezračevalnih sistemov je primerno na objektih, ki imajo urejeno prisilno prezračevanje preko zračnih kanalov. Ker je v takih objektih poraba energije za ogrevanje svežega zraka do približno 45 % skupne letne rabe za ogrevanje, je z izrabo odpadne toplote prezračevanja mogoče doseči znatne prihranke. Odvisno od količine zraka in velikosti objekta je mogoče odpadno toploto uporabiti za ogrevanje vstopnega svežega zraka, za ogrevanje sanitarne vode in ogrevanje objekta. S pravilnim dimenzioniranjem toplotne črpalke lahko ohladimo zrak iz prezračevalnega sistema s dodatno regulacijo tudi do + 1 °C. S tem so doseženi dobri delovni pogoji za toplotno črpalko in znatni prihranki.

Toplota površinskih voda in podtalnice

Ogrevanje s toploto površinskih voda ne predstavlja velikega posega, seveda pa mora biti izpolnjen pogoj, da je v bližini na razpolago primerna površinska voda. Voda se v jezerih, počasi tekočih rekah in morjih preko pomladi in poletja ogreva, pozimi pa počasi ohlaja. Uporablja se zaprt sistem odvzema toplote. Kolektor položimo na dno vodnega zajetja, jezera ali druge vodne površine, njegovo dolžino pa prilagodimo energetskim potrebam objekta. Sistem je zasnovan na kroženju nestrupenega sredstva, ki ga z obtočno črpalko vodimo od kolektorja, v katerem se za nekaj stopinj ogreje, do toplotne črpalke, ki mu toploto odvzame. Sistem obratuje tudi, ki se temperatura vode približuje ničli.
Ta sistem deluje pri nas, v bližini Ljubljane. V švicarskem mestu Kuflnachtu, ki leži ob jezeru, je instalirano pet toplotnih črpalk voda/voda, ki služijo za pogon toplotne centrale moči 152 kW. Sesalne plastične cevi so premera 250 mm in dolžine 50 m, črpalke imajo pretok 2 x 36 m3/h ter sesajo vodo iz jezera do toplotne črpalke. Voda ohlajena za približno 2 °C se vrača v jezero. Temperatura v jezeru v celem letu nikoli ne pade pod + 8°C. Vgrajeni so trije hranilniki toplote volumna 5000 litrov. Sistem ogreva 20 stanovanj pri nizkotemperaturnem režimu 40/30 °C. Za toplo sanitarno vodo je v vsakem stanovanju vgrajen hranilnik vode volumna 300 litrov. Sistem je v pogonu štiri leta in je že prvo leto upravičil pričakovanja in vložena sredstva.
Sistemi s podtalnico so odprti sistemi, zato je najnižja temperatura vode, ki jo še lahko uporabljamo, + 3 °C. Pri nas v glavnem uporabljamo podtalnico s temperaturo 8 do 12 °C.
Pri tem sistemu talno vodo s pomočjo potopne črpalke vodimo skozi uparjalnik. Uparjalnik hladi talno vodo, kar pomeni, da ji odvzame toploto. Tako pridobljena toplota v uparjalniku prestopi na delovno snov oziroma hladilno sredstvo. S pomočjo električne energije, ki jo potrebujemo za pogon kompresorja, stisnemo hladilno sredstvo na višji tlačni in temperaturni nivo. V kondenzatorju hladilno sredstvo prenese toploto na greto vodo. Razmerje med uporabno energijo ter vloženo električno energijo je grelno število.
Da lahko koristim podtalnico, moramo ob zgradbi izvrtati v zemljo dve vrtini, za črpanje in vračanje podtalnice. Talna voda mora imeti pretok vsaj 2 m³/h. To je lahko že na globini 5 metrov ali več. V vrtino potisnemo cev, v katero vgradimo potopno črpalko, ki jo povežemo s toplotno črpalko. Med obratovanjem nam potopna črpalka potiska vodo v toplotno črpalko, ki je odvzame toplotno energijo in jo ohlajeno za 5 °C spusti po drugi, nekaj metrov oddaljeni, vrtini nazaj v podtalnico. Podtalnica je torej zaradi relativno visoke temperature idealen vir toplote, saj z njo dosegamo visoka grelna števila. Problem je pomanjkanja čiste pitne vode, s katerim se v razvitem svetu vse pogosteje soočajo. Tako je npr. v Skandinaviji že pred leti prišlo do o stroge zaščite podtalnice. Podoben trend je čez neka let verjetno pričakovati tudi pri nas.
Pri ogrevanju objekta s toplotno črpalko voda/voda za zmanjšajo stroški ogrevanja z približno 50 do 60 %.

Te črpalke so praviloma večjih moči od 8 do 40 kW. Ker moramo računati na porabo električne energije tudi za potopno črpalko, lahko računamo s stalnim grelnim številom 3 do 3,5. Sistem je prikazan na sliki št.3.

Izbor toplotne črpalke

Izbor toplotne črpalke je odvisen od energetskih potreb objekta, razpoložljivega vira toplote ter od odločitve, kolikšen odstotek letnih energetskih potreb objekta naj bi pokrila toplotna črpalka. Iz tega razloga izberemo pri zahtevnih objektih toplotno črpalko moči 40 do 60% maksimalne moči ogrevanja, ki pa vseeno pokrije relativni visok odstotek letne rabe energije za ogrevanje. Toplotna črpalka z močjo enako maksimalni potrebni moči objekta, pride v poštev le pri energetsko varčnih objektih.
Pri sistemu s toplotno črpalko, ki ne pokrije vseh energetskih potreb objekta, je potrebno zagotoviti dodatno ogrevanje, ki se naj vklopi samodejno, ko toplotna črpalka ne zmore več vzdrževati zahtevane temperature. Toplotna črpalka in dodatni vir tako delujeta istočasno. Ko je nastavljena temperatura dosežena, se dodatni vir izklopi in toplotna črpalka nadaljuje ogrevanje sama.

Grelno število

Razmerje med pridobljeno toplotno energijo in vloženim delom imenujemo grelno število. Njegova vrednost zavisi od vrste toplotne črpalke in vira okoliške toplote in v povprečju znaša 3 do 4 in tudi več. Grelno število je odvisno je od temperature vira toplote katerega izkoriščamo, ter od temperature medija, s katerim ogrevamo objekt. Grelno število je tem višje, če ima vir toplote sorazmerno visoko temperaturo ter če je temperatura ogrevalnega medija nizka. Omenjeno ugotovitev lahko preverimo na diagramu, slika 4 in se razlikujejo glede na različne izvedbe TČ, dobimo pa jih kot tehnične liste proizvajalcev toplotnih črpalk.

Med nizkotemperaturne ogrevalne sisteme prištevamo talno ogrevanje in ogrevanje z ventilatorskimi konvektorji, pa tudi radiatorsko ogrevanje, pri katerem je temperaturni režim 55/45 °C ali nižji. Temperatura ogrevanja se med letom spreminja, prav tako temperatura vira toplote. Realno energetsko sliko nam zato da le letno grelno število, ki upošteva razmerje med toplotnimi potrebami in vloženo energijo preko celega leta, vključno s potrebno energijo za dodatno ogrevanje (v primeru, če toplotna črpalka ne pokrije vseh toplotnih potreb 100 %).

Ekonomija in okolje

Sistemi s toplotnimi črpalkami so običajno izvedeni tako, da omogočajo ogrevanje in hlajenje objektov, kar je iz energetskega, ekološkega in investicijskega vidika najugodnejša rešitev. Naložba v toplotne črpalke je ekonomsko posebej zanimiva pri večjih objektih, kot so trgovine, športni objekti, hoteli, ki so vsi veliki potrošniki energije.

Uporaba toplotnih črpalk pomeni poleg direktnega prihranka za uporabnika tudi širšo družbeno korist. Povprečno gospodinjstvo s 4 člani porabi dnevno približno 200 l sanitarne vode ogrete na 55 °C. To pomeni letno porabo 4000 kWh. Z uporabo toplotne črpalke lahko to porabo zmanjšamo za dve tretjini, torej na 1200 kWh. Investicije v toplotne črpalke v primerjavi s kotli na LKO ne prinašajo le visokih energijskih prihrankov, temveč tudi občutno znižanje onesnaževanja ozračja z žveplom, ogljikovim dioksidom, dušikovimi oksidi in sajami. V očeh ekološko osveščenih potrošnikov imajo tako toplotne črpalke dodatno vrednost.