Ostanimo pa pri toplotnih črpalkah zrak/voda, ki so se te dni znašle pred preizkusom, čeprav bi verjetno točneje rekli, da so se pred preizkusom znašli proizvajalci in njihovi prodajalci ter strokovni inženirji, kajti predpogoj za dobro delovanje ogrevanja s TČ v vseh pogojih je dobra izbira in načrtovanje ogrevanja, kar pa ne pomeni absolutne odvisnosti od energije, pridobljene iz okoliškega zraka.
Sistemi ogrevanja s TČ
Pridobljena toplota je pri TČ rezultat termodinamičnega procesa in ne izgorevanja goriva. TČ odvzame toploto iz okolice v neki nižji temperaturi in jo potem po »obdelavi« oddaja na višji temperaturni ravni. Da je to mogoče, je treba v takšen krožni proces dovesti dodatno pogonsko energijo. Glede na izvedbo pogonske energije poznamo dve vrsti toplotnih črpalk, kompresorske in absorpcijske, ki so tako imenovane plinske postaje, saj za pogon kompresorja izkoriščajo energijo nekega drugega goriva.
Glede na način obratovanja toplotne črpalke v ogrevalnem sistemu ločimo dva različna obratovalna režima. Monovalentno obratovanje imenujemo, kadar toplotna črpalka deluje samostojno v sistemu ogrevanja in pokriva celotne toplotne potrebe zgradbe skozi vso ogrevalno sezono. Kadar je toplotna črpalka za ogrevanje objekta in potrebe po topli sanitarni vodi dodatno nameščena h kotlu centralne kurjave, imenujemo tak način obratovanja bivalenten. Dejansko pa ločimo tri načine tega sistema v kombinaciji s toplovodnim kotlom, in sicer: bivalentno alternativno, bivalentno vzporedno in bivalentno delno vzporedno. Tako lahko s pomočjo regulacije izbiramo poljubno obratovanje pri določenih zunanjih temperaturah. Pri bivalentnem vzporednem obratovanju imamo dva neodvisna generatorja toplote (lahko tudi dodatni električni grelnik), ki se v primeru izpada enega, tudi zaradi prenizke zunanje toplote, nadomeščata.
Razmerje med potrebno pogonsko energijo (v večini primerov elektriko) in brezplačno energijo (pridobljeno iz okolice) je običajno 1:3 in pri najnovejših črpalkah celo do 1:5 in več. To pomeni, da za 3 kWh pridobljene toplotne energije potrebujemo 1 kWh pogonske energije, 2 kWh pa pridobimo iz okolice brezplačno. Razmerje med pridobljeno toplotno energijo in vloženim delom imenujemo grelno število. Njegova vrednost je odvisna od vrste toplotne črpalke in vira okoliške toplote. Sodobne toplotne črpalke dosegajo letna grelna števila v povprečju od 2,5 do 3 in tudi več.
Nizke temperature
Zunanji zrak je zanimiv za gospodarno izkoriščanje do temperature nad 0 °C. Pri nižjih temperaturah nastopajo težave zaradi kondenziranja vlage na zunanjih uparjalnikih, 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 celo nemogoč. Odmrznitev z vročimi parami ali električnim grelcem je rešitev, vendar se učinkovitost toplotne črpalke zaradi tega zniža. Zato zunanji zrak najpogosteje uporabljamo kot toplotni vir pri toplotnih črpalkah, ki obratujejo v bivalentnem sistemu. Delujejo lahko do temperature –7 °C, nove rešitve pa so težave v zvezi z nizkimi zunanjimi temperaturami odpravile in so se na tržišču pojavile toplotne črpalke, ki izkoriščajo toploto zunanjega zraka celo do –20 °C.
V zunanjem zraku je vedno nekaj vlage. Pri ohladitvi se ta izloči, pri nizkih temperaturah pa celo zamrzne. V obeh primerih se lahko izkoristi toplota, ki se sprošča pri spremembi agregatnega stanja vlage v zraku. Količina toplotne energije, ki se sprošča pri izločanju vlage iz zraka ali nastajanju ivja, je zelo velika, sproščeno toploto pa izkorišča toplotna črpalka.
Toplota notranjega zraka
Poleg črpalk, ki izkoriščajo toploto zunanjega zraka, lahko uporabimo tudi toploto notranjega zraka. Primerna mesta so na primer v kleti, kjer izkoriščamo toploto zraka in jih na ta način tudi hladimo, medtem ko je za intenzivnejši prenos toplote v uparjalniku potreben prisilen pretok zraka, zato so toplotne črpalke opremljene z ventilatorjem, ki poveča šumnost delovanja. Klimatske naprave je mogoče uporabiti tudi kot toplotne črpalke, vendar po navadi omogočajo delovanje samo do temperature zunanjega zraka +5 °C ob nižjem grelnem številu. Toplotna črpalko pa lahko s preklopom v reverzibilno delovanje uporabimo za hlajenje objekta.
Izkoriščanje toplote prezračevalnih sistemov je primerno na objektih, ki imajo urejeno prisilno prezračevanje prek zračnih kanalov. Ker je v takih objektih poraba energije za ogrevanje svežega zraka do približno 45 odstotkov skupne letne porabe 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.
Preprosto rečeno so vse TČ opremljene z dodatnimi grelniki, ki ob nizkih temperaturah dodatno grejejo vodo, so alternativni vir, seveda pa se poraba električne energije poveča. So pa sodobne TČ še vedno zanimive, sploh če vemo, da skrajni mraz nastopi relativno redko, takrat pa se izkaže pravilno načrtovanje in montaža.
