Toplotna črpalka zemlja-voda

1. Kako deluje toplotna črpalka zemlja-voda?

Toplotna črpalka zemlja-voda za svoje delovanje kot rečeno izkorišča toploto zemlje. Za to moramo namestiti sonde ali kolektorje – odvisno od tipa toplotne črpalke zemlja-voda – ki bodo pridobivali toploto in jo z dodano električno energijo iz zemlje prenesli na ogrevalni medij, torej na vodo. Če se pri toplotni črpalki voda-voda ohlajena in rabljena voda skozi drugo vrtino vrača nazaj v podtalnico in gre za ti. »odprt« sistem, kjer se voda pretaka iz ene vrtine v drugo, kjer ponikne, toplotna črpalka zemlja-voda deluje nekoliko drugače. 

1.1 Toplotna črpalka zemlja-voda: zaprt sistem delovanja

Pri sistemu zemlja-voda se hladna, rabljena voda vrne nazaj v kolektor, kjer se ponovno segreje in nadaljuje svojo pot nazaj v stavbo. Sistem, na podlagi katerega deluje toplotna črpalka zemlja-voda, imenujemo »zaprt« sistem, saj voda kroži - ohlajena voda se preko iste zanke vrne nazaj v zemljo in cikel se ponovi.  

1.2 Kako toplotna črpalka zemlja-voda pridobiva toploto?

Odvisno je, za kateri tip toplotne črpalke zemlja-voda gre. Tipe bomo podrobneje predstavili v nadaljevanju, za zdaj naj povemo le, da toplotna črpalka zemlja-voda, ki z geosondo toploto pridobiva iz globin zemlje, kjer z razpadom radioaktivnih delcev nastaja t. i. geotermalna energija. Toplotna črpalka zemlja-voda s horizontalnimi kolektorji pa pridobiva druge vrste energijo in sicer energijo sonca, ki se v plasteh tik pod površjem (nekaj metrov globoko) kopičijo čez leto. 

2. Katere prednosti ima toplotna črpalka zemlja-voda?

2.1 Toplotna črpalka zemlja-voda je zelo učinkovita

Toplotna črpalka zemlja-voda je zelo učinkovita, saj dosega velika letna grelna števila. Najbolj učinkovita je toplotna črpalka zemlja-voda, izvedena z geosondo, v povprečju pa vse toplotne črpalke zemlja-voda dosegajo letno grelno število pa je 3,8. Ker toplotna črpalka zemlja-voda izkorišča konstantno toploto zemljine, je primerna za t. i. monovalentno delovanje. To pomeni, da jo lahko izkoriščamo kot edini vir toplote za ogrevanje celotnega objekta in še sanitarne vode, pri čemer ne potrebujemo nobenega drugega vira. 

2.2 Toplotna črpalka zemlja-voda omogoča hlajenje

Dodatna prednost je, da toplotna črpalka zemlja-voda tako kot TČ voda-voda poleti omogoča pasivno hlajenje. To je mogoče zaradi tega, ker zemljina vzdržuje konstantno temperaturo, kar pomeni, da je pozimi toplejša, poleti pa hladnejša od temperature zraka, kar sistemi izkoriščajo sebi v prid. 

3. Toplotna črpalka zemlja-voda – dve vrsti izvedbe

Na trgu je mogoče dobiti tri različne vrste sistemov toplotnih črpalk zemlja-voda, katerega izbrati, pa najbolj narekujejo topografija in naravne dobrine parcele, na kateri se objekt nahaja, poleg tega pa tudi energetske potrebe gospodinjstva. V osnovi poznamo dva načina izvedbe toplotnih črpalk zemlja-voda: prvi način izvedbe je geosonda oziroma vertikalni kolektor, drugi pa je horizontalni kolektor.

4. Toplotna črpalka zemlja-voda: geosonda

4.1 Geosonda ali vertikalni zemeljski kolektor

Omenjeni način izvedbe toplotne črpalke zemlja-voda je tehnološko gledano najzahtevnejši in zaradi tega tudi najdražji izmed vseh. Geosonda ali z drugimi besedami vertikalni zemeljski kolektor je izjemno globoka cev, ki seže več 100 m pod zemljo, zaradi česar moramo naročiti izkop zelo globoke izvrtine, kar že samo po sebi predstavlja precejšen strošek. Za enodružinske hiše se običajno izvede izvrtina globine med 150 in 300 m, za javne in večje objekte pa tudi 600 in več metrov.

Globina izvrtin je odvisna tudi od števila geosond na objekt – manj jih je, globlje morajo biti, v vsakem primeru pa se izvedeta vsaj dve izvrtini – ena za odvodno in ena za dovodno cev. 

4.2 Geosonda in izvrtine v zemljino 

Pred začetkom izvedbe je treba izvesti geološko analizo tal. Ko so izvrtine pripravljene, se pod zemljo namestita minimalno dve geosondi – eno za dovod in drugo za odvod vode, obe pa sta vezani na toplotno črpalko. Po ceveh teče prenašalec toplote oziroma medij. Gre za zmes hladne vode in protizmrzovalnega sredstva. Ta se v globočinah segreje in se nato vrne proti površju v notranjo enoto toplotne črpalke. Tukaj poteka proces stiskanja, ki temperaturo vode dvigne še dodatno, vse do 60 stopinj. Iz notranje enote voda nato potuje do končnih oddajnikov toplote, torej radiatorjev, kolektorjev oziroma talnega ali stropnega gretja. 

4.3 Prednosti in slabosti geosonde

Geosonde so estetsko zelo nemoteče. Na površju boste videli le dva pokrova, nekoliko dvignjena nad teren, trava pa bo rasla povsod okrog, tudi v neposredni bližini geosonde. Geosonda zahteva najmanj površine parcele, zato je ta sistem primeren tudi za izjemno majhne parcele. Ker geosonda seže tako globoko pod zemljo, boste imeli zagotovljen vir toplote, ki ga spreminjajoči se dejavniki na površju ne bodo niti malo prizadeli. Slabost, ki jo ima geosonda, pa je njena cena, saj gre za najdražjo izvedbo toplotne črpalke.

5. Toplotna črpalka zemlja-voda: horizontalni kolektorji

5.1 Horizontalni kolektorji tik pod površjem

Za razliko od geosond horizontalni zemeljski kolektorji ne zahtevajo globokih izvrtin. Nahajajo se namreč tik pod površjem, približno en do dva metra globoko in izkoriščajo toploto zgornjih plasti zemljine. Kolektorji so cevi, razporejene na večjo površino pod površjem terena. Koliko kvadratnih metrov morajo zavzemati horizontalni kolektorji, je odvisno od energetskih potreb gospodinjstva – večja površina zagotavlja več toplote. 

Horizontalni zemeljski kolektorji pridobivajo toploto vrhnjih plasti zemlje in morajo biti med seboj oddaljeni minimalno 70 cm.

Kolektorji so povezani z notranjo enoto toplotne črpalke, ki medij toplote (vodo) dodatno segreje in jo pošlje v končne prejemnike toplote, ki jo nato oddajo v prostor (konvektorji, talno ali stensko gretje, radiatorji itd.).

5.2 Prednosti in slabosti

Čeprav je tak sistem cenejši od geosond, zahteva precej površine parcele, ki je morda nimate na voljo. Horizontalni kolektorji so zato primernejši za podeželske parcele, kjer je na voljo veliko prostora. Velika slabost je tudi dejstvo, da zaradi višjih temperatur zemlje na tem mestu trava raste zelo slabo, kar lahko vizualno degradira vašo parcelo, sploh če kačo horizontalnih kolektorjev namestite v neposredno bližino svoje hiše in vam je ta površina vedno na očeh. Prednost je v enostavni izvedbi sistema in stroškovno ugodni ceni, ki je manjša od cene izvedbe toplotne črpalke zemlja-voda. 

6. Koliko stane toplotna črpalka zemlja-voda?

Toplotna črpalka zemlja-voda je najdražja izmed vseh treh toplotnih črpalk. Cene so odvisne od načina izvedbe, pri čemer je geosonda kot omenjeno dražja od horizontalnih kolektorjev. Cene se gibljejo med 10.000 in 15.000 EUR.