Toplotna črpalka (TČ) je naprava, ki izkorišča energijo iz obnovljivih virov in jo pretvarja v toplotno energijo, ki jo lahko uporabimo za ogrevanje ali hlajenje prostorov. Osnovna delitev toplotnih črpalk je delitev glede na vir, iz katerega toplotne črpalke črpajo toploto. Ločimo toplotne črpalke zrak–voda, voda–voda in zemlja–voda.
Krožni proces
Toplotne črpalke opravijo prenos toplotne energije iz okoliškega zraka, vode ali zemlje s pomočjo medija s posebnimi lastnostmi (hladilni plini – freoni). Ta v tekočem stanju potuje skozi ekspanzijski ventil, kjer se mu zniža tlak do te mere, da lahko pri okoliški temperaturi (bodisi zraka, vode ali zemlje) zavre in v celoti izpari. Nastala para nato potuje skozi kompresor, ki jo stisne in ji s tem še dodatno poveča temperaturo. Ta vroča para nadaljuje pot skozi kondenzator, kjer oddaja toploto grelni vodi, sama pa se z ohlajanjem utekočinja. Utekočinjen medij zopet potuje skozi ekspanzijski ventil, ki mu ponovno zniža tlak, da lahko izpari pri trenutni temperaturi okolice, in krožni proces se tako ponovi.
Vse bolj priljubljene
Pri toplotnih črpalkah voda–voda in zemlja–voda so investicije zaradi veliko večje zahtevnosti vgradnje in večjih potreb po dodatnih komponentah bistveno višje od naložb v toplotne črpalke zrak–voda. Zelo priljubljene so nizkotemperaturne toplotne črpalke zrak–voda v deljeni izvedbi (zunanja in notranja enota, povezani v sistem), ki se na slovenskem trgu prodajajo od leta 2006. Razlogov za to je več. Najpomembnejša razloga za povpraševanje po toplotnih črpalkah zrak–voda sta zavedanje družbe o pomenu rabe obnovljivih virov energije in bistveno večja cenovna dostopnost v primerjavi s toplotnimi črpalkami voda–voda ali zemlja–voda.
Enostavna gradnja
Toplotne črpalke zrak–voda v deljeni izvedbi so tudi izredno enostavne za vgradnjo, saj so sestavljene samo iz ene zunanje in ene notranje enote, ki sta kompaktni in zasedeta malo prostora, medtem ko je pri TČ voda–voda treba narediti vrtino, da pridemo do podtalnice, oziroma pri TČ zemlja–voda je treba položiti cevi približno 1,5 metra v zemljo in na dvakratno površino, kot je površina ogrevanega objekta, kar pa zna biti nemalokrat težavna in dolgotrajna naloga. Poleg tega mnogi niti nimajo te možnosti, da bi lahko izkoriščali energijo iz podtalnice oziroma iz zemlje, medtem ko z izkoriščanjem energije iz zraka ni nikakršnih omejitev. V primerjavi z drugima sistemoma toplotnih črpalk so še posebno priljubljene toplotne črpalke zrak–voda z invertersko tehnologijo, saj ne potrebujejo zalogovnika vode, kar še dodatno olajša vgradnjo in poceni naložbo. Bivalni prostor se zmanjšuje, zato so letos na trgu tudi modeli toplotnih črpalk zrak–voda z zelo nizko nazivno močjo, na primer 4 in 6 kW. Montirajo se lahko praktično na vse stanovanjske objekte, tudi stanovanjske bloke.
Izkoristki
Toplotne črpalke imajo glede na vir toplote (zrak, voda, zemlja) in ogrevalni režim (temperaturo predtoka) različne izkoristke, in če jih želimo primerjati med seboj, je treba ti spremenljivki natančno definirati. Zato bomo temperaturo predtoka določili na 35 stopinj Celzija, temperaturo zraka bomo določili na 2 stopinji Celzija (povprečna zimska temperatura v Sloveniji; vir: ARSO), temperaturo podtalnice na 10 stopinj (na globini 7 metrov je vse leto stalna temperatura podtalnice) in temperaturo zemlje na 6 stopinj Celzija (približna temperatura tal na globini 1,5 metra). Pri teh pogojih imajo sistemi voda–voda najboljše izkoristke. Njihova učinkovitost (COP – učinkovitost toplotnih črpalk) se giblje okoli 4,7. Sledijo jim sistemi zemlja–voda s COP okoli 3,9 in sistemi zrak–voda s COP okrog 3,5. Seveda pa poleg temperature vira toplote in temperature predtoka na izkoristke toplotnih črpalk vplivajo tudi ostali dejavniki, kot so različne potrebe po toploti glede na lokacijo objekta, različne toplotne izgube objektov, dodatna poraba električne energije dodatnih pomožnih komponent sistemov itd.
Primernost TČ zrak–voda
Celovita prenova tradicionalnega radiatorskega ogrevalnega sistema zdaj ni več potrebna, saj so že tri leta na trgu visokotemperaturne toplotne črpalke zrak–voda, ki so bile osnovane ravno za to vrsto visokotemperaturnega ogrevanja. Visokotemperaturne toplotne črpalke zrak–voda zanesljivo in učinkovito nadomestijo tradicionalne ogrevalne sisteme na fosilna goriva, brez zamenjave obstoječih radiatorjev in brez uporabe dodatnih električnih grelnikov. To so sistemi v deljeni izvedbi, sestavljeni iz notranje in zunanje enote. Notranja enota sprejema toploto prek zunanje enote in jo dodatno poveča, kar omogoča segrevanje vode do 80 stopinj Celzija. V primerjavi s klasičnimi toplotnimi črpalkami naprave s tehnologijo dveh kaskadno vezanih kompresorjev (eden v zunanji, drugi v notranji enoti) ohranjajo bistveno večjo moč tudi pri nizkih zunanjih temperaturah in delujejo do –25 stopinj Celzija zunanje temperature. Naprave s tehnologijo z dvema kompresorjema in dvema medijema prenosa toplote so visokozmogljive. Energetski izkoristek, tako imenovani COP, merjen pri 7 stopinjah zunanje temperature in 65 stopinjah Celzija vode na dovodu v radiatorski sistem, je pri takih visokotemperaturnih modelih približno 3.
Vključitev v sistem
Toplotno črpalko lahko vključimo tudi v obstoječi ogrevalni sistem in tako z bivalentnim sistemom ogrevanja zagotovimo prihranek tudi pri zelo nizkih zimskih temperaturah, ki so sicer le nekaj dni v letu. V teh nekaj posebno hladnih zimskih dneh nam na primer obstoječi kotel na drva lahko pomaga ogrevati hišo. Tako lahko dodatno privarčujemo pri elektriki, saj ima toplotna črpalka pri najnižjih zimskih temperaturah slabši izkoristek in dela z večjo močjo. Bivalentni sistem je primeren predvsem v primerih, ko je dovolj prostora za vgradnjo toplotne črpalke poleg že obstoječega ogrevalnega sistema in ko ne želimo imeti dodatnih stroškov z odstranitvijo obstoječega sistema. Tak način ohranijo predvsem tisti, ki imajo svoja drva, kar predstavlja nižji strošek.
Za ogrevanje in hlajenje
Ogrevalna toplotna črpalka je lahko edini vir ogrevanja, saj so nekateri proizvajalci pri svojih modelih znižali mejo delovanja do najnižjih temperatur zunanjega zraka, celo do –25 stopinj Celzija. Gledano s perspektive prihrankov je priporočljivo, da je objekt dobro izoliran, saj ima zaradi tega manjše toplotne izgube. Pri dobro izoliranih objektih bo naprava delovala z manjšo močjo, da bo vzdrževala želeno temperaturo prostorov in tako omogočala zelo visoke prihranke. Poleti jo lahko potrebujemo še za hlajenje. S toplotno črpalko je izraba toplote tudi najbolj ekonomična. Namestimo in uporabimo jo lahko v različnih objektih, tudi v stanovanjskih blokih.
