Toplotna črpalka za ogrevanje

V nadaljevanju:

1. Toplotna črpalka za ogrevanje: prednosti
- 1.1 Toplotna črpalka za ogrevanje omogoča velike prihranke
2. Kako deluje toplotna črpalka za ogrevanje?
3. Toplotna črpalka za ogrevanje: vrste
4. Toplotna črpalka za ogrevanje zrak-voda
5. Toplotna črpalka za ogrevanje zemlja-voda
6. Toplotna črpalka za ogrevanje voda-voda
7. Opis slik

1. Toplotna črpalka za ogrevanje: prednosti

Toplotna črpalka je klimatska in ogrevalna naprava, s pomočjo katere ogrevamo ali hladimo hišo. Toplotna črpalka lahko toploto pridobi iz zraka, zemlje ali vode, ki jo nato prenese v notranjost hiše.

1.1 Toplotna črpalka za ogrevanje omogoča velike prihranke

Med poglavitne prednosti toplotnih črpalk sodi dejstvo, da je toplotna črpalka sposobna iz obnovljivih virov (voda, sonce, zrak, zemlja) pridobiti kar 75 % potrebne energije, kar posledično omogoča velike prihranke. Prednost je v uporabi že prej omenjenih obnovljivih virov energije v obliki nizkih temperatur, več kot 50 % prihranek pri stroških ogrevanja, boljši in večji izkoristek v primerjavi s fosilnimi gorivi, predstavljajo velik potencial, ustvarjanje manjše količine emisij CO2 v primerjavi z ostalimi napravami in ekološko usmerjena rešitev ogrevanja, s katero ne obremenjujemo okolja.

2. Kako deluje toplotna črpalka za ogrevanje?

2.1 Toplotna črpalka za ogrevanje za delovanje izkorišča fizikalne zakone

V skladu s fizikalnimi zakonitostmi je naravni tok toplote iz višje na nižjo temperaturo. Da gre za izjemno napravo se kaže v tem, da je toplotna črpalka sposobna spremeniti smer toplotnega toka z razmeroma majhno količino energije. Ravno zaradi tega lahko toplotna črpalka prenese vir toplote iz naravnih virov v okolici ali iz virov toplote, ki jih je ustvaril človek. Toplotne črpalke se poleg ogrevanja uporabljajo tudi za hlajenje, kjer se toplota v tem primeru prenese od porabnika nazaj v okolico z višjo temperaturo.

2.2 Vir toplotne črpalke

Osnovna definicija delovanja toplotne črpalke je premikanje toplote iz enega vira do drugega. Pri tem je značilno, da je območje odvzemanja vira toplote vedno toplejše oz. bolj vroče od površine oz. območja, kamor se toplota prenese. Toplotni izvor so lahko različne lokacije oz. viri: voda, zrak ali zemlja. Glede na različne vire toplote poznamo različne vrste toplotnih črpalk, o katerih bomo spregovorili v nadaljevanju.

2.3 Moč toplotne črpalke za ogrevanje

Moč toplotne črpalke je eden izmed najpomembnejših dejavnikov. Prešibka in premalo zmogljiva toplotna črpalka ne bo mogla zagotavljati oziroma proizvajati dovolj toplote pozimi, niti ne bo ohladila prostorov poleti. V nasprotnem primeru pa se bo predimenzionirana toplotna črpalka neprenehoma vklapljala in izklapljala, s čimer se ne bo izkoristil njen polni potencial, istočasno pa se bo povečala obraba mehanskih delov toplotne črpalke, kar bo skrajšalo njeno življenjsko dobo.

Shema kaže, kako deluje toplotna črpalka za ogrevanje.

3. Toplotna črpalka za ogrevanje: vrste

Glede na različne vrste virov odjemanja toplote poznamo tri različne vrste toplotnih črpalk: toplotna črpalka zrak-voda, zemlja-voda in voda-voda. V nadaljevanju vam bomo podrobno predstavili vse tri tipe in njihove prednosti in slabosti.

4. Toplotna črpalka za ogrevanje zrak-voda

4.1 Najpogostejša vrsta toplotne črpalke

Toplotna črpalka, ki deluje na principu zrak-voda, koristi zrak za ogrevanje ali hlajenje prostorov hiše. Toplotna črpalka zrak-voda velja za najcenejšo vrsto toplotnih črpalk. Zrak velja na splošno za vir, ki ga nikakor ne moremo izčrpati, obenem pa ga je na voljo vsepovsod. Tehnologija toplotnih črpalk je napredovala v takšni meri, da je toplotna črpalka zrak-voda sposobna omogočati primerno ogrevanje hiše tudi pri zunanji temperaturi -20 °C. Poleg toplote zunanjega zraka lahko ta vrsta toplotne črpalke izkorišča toploto notranjega zraka. Prostor, kot je klet, je primerna za izkoristek notranje toplote zraka, saj se na tem mestu običajno vzdržuje stalna temperatura 3 °C.

Poleg kleti je za koriščenje toplote notranjega zraka primerno podstrešje, kjer temperatura v splošnem ne pade pod 0 °C.

4.2 Velika energetska učinkovitost

Toplotna črpalka zrak-voda je sposobna sama pokrivati toplotne izgube objekta do zunanje temperature -5 °C. V primeru, da zunanja temperatura pade pod to mejo, je treba koristiti drugi ogrevalni vir, ki deluje samostojno. Z delovanjem toplotne črpalke lahko pri zunanjih temperaturah, nižjih od -5 °C, pokrijemo več kot 90 % toplotnih potreb hiše. Nepogrešljiv del toplotne črpalke zrak-voda je hranilnik toplote, saj se vsa potrebna energija za odtaljevanje uparjalnika vzame iz ogrevalnega kroga. Na ta način se izognemo prepogostim vklopom toplotne črpalke. Kot drugi ogrevalni vir se pri novogradnjah največkrat uporablja električni grelnik.

4.3 Toplotna črpalka za ogrevanje sanitarne vode

Toplotna črpalka zrak-voda se prav tako uporablja za ogrevanje sanitarne vode, pri čemer je toplotna črpalka nameščena na grelnik vode. Toplotna črpalka lahko ogreje tudi do 1400 L vode na dan, ekonomična prednost te vrste toplotne črpalke pa se kaže tudi v trikratni manjši porabi električne energije, v primerjavi z navadnimi električnimi grelniki.

4.4 Cena toplotne črpalke zrak-voda

Cene toplotnih črpalk zrak-voda se gibljejo med 5.000 in 8.000 € in veljajo za najcenejšo vrsto toplotnih črpalk.

Opomba: podane cene so približne, računane glede na različne proizvajalce in ponudnike toplotnih črpalk.

Toplotna črpalka zrak-voda. — Toplotna črpalka zrak-voda - zunanja enota.

5. Toplotna črpalka za ogrevanje zemlja-voda

5.1 Toplotna črpalka za ogrevanje zemlja-voda izkorišča geotermalno energijo

Toplotna črpalka zemlja-voda oz. t. i. geotermalna toplotna črpalka pridobi toploto za ogrevanje in hlajenje prostorov hiše iz tal. Zemlja velja za vir toplote, v katerem je skladovnica velike količine sončne energije, ki jo lahko brez problema izkoristimo za ogrevanje hiše. Toplotna črpalka zemlja-voda tako izkorišča vso shranjeno toploto v tleh in prečrpava vodo skozi zemljo.

Delovanje toplotne črpalke zemlja-voda lahko je enako delovanju grelnika oz. bojlerja, le da toplotna črpalka za ogrevanje uporablja toploto iz zemlje, medtem ko grelniki vode uporabljajo električno energijo ali drugo gorivo za proizvodnjo toplote.

Toplotna črpalka zemlja-voda lahko toploto zemljine pridobiva površinsko s horizontalnimi kolektorji, zakopanimi slaba dva metra pod zemljo na večjem delu parcele ali z geosondami, ki segajo več sto metrov globoko pod zemljo. Na podlagi prečrpavanja se povečuje temperatura, ki jo porabimo za ogrevanje prostorov hiše in ogrevanje sanitarne vode. Toplotna črpalka potrebuje za zagon električno energijo, katere poraba pa je v primerjavi s toploto, ki jo črpalka proizvede, minimalna.

5.2 Ali imamo dovolj prostora?

Za namestitev sistema geotermalne toplotne črpalke potrebujemo dovolj zunanjega prostora. Treba je dodati, da ta vrsta toplotne črpalke vsekakor ni primerna za vse hiše. Na primernost oz. neprimernost namestitve geotermalne toplotne črpalke vpliva velikost vrta oz. odprtega prostora, kjer mora biti zagotovljen dostop za mehanizacijo in stroje za kopanje ter za namestitev celotnega sistema toplotne črpalke.

5.3 Toplotna črpalka zemlja-voda in stroški izvrtin

Tu so še stroški vrtanja v zemljo, ki so odvisni od položaja sistema geotermalne toplotne črpalke, ki je lahko vodoraven ali vertikalen. Kot poglavitna prednost toplotnih črpalk zemlja-voda pa se omenja trpežnost in osnovno vzdrževanje. Pri geotermalnih toplotnih črpalkah je večina mehanskih delov zaščitenih pod zemljo, zato posebnega vzdrževanja ni. Prednost, ki jo je smotrno dodati je še ta, da geotermalne toplotne črpalke ne vsebujejo zunanje kondenzacijske enote, zato je njihovo delovanje zelo tiho.

5.4 Koliko stane toplotna črpalka za ogrevanje zemlja-voda?

Za toplotno črpalko sistema zemlja-voda boste odšteli višjo vrednost v primerjavi s toplotno črpalko zrak-voda. Cene toplotnih črpalk zemlja-voda se gibljejo med 10.000 in 15.000 €.

Toplotna črpalka zemlja-voda. — Toplotna črpalka zemlja-voda s horizontalnimi kolektorji.

6. Toplotna črpalka za ogrevanje voda-voda

6.1 Toplotna črpalka voda-voda izkorišča toploto podtalnih voda

Pri toplotni črpalki voda-voda gre za princip izkoriščanja temperature podtalnice, kjer v zimskem času toploto iz zemlje pridobivamo s cevmi v zemlji v obliki sistema zanke ali globokimi sondami, če se podtalnica nahaja globlje pod površjem. Na podlagi tako zasnovanega principa oz. sistema lahko voda kroži po ceveh skozi zanko v zemlji in na ta način prenaša toploto v hišo. Na račun dobrih termodinamičnih lastnosti je voda idealna rešitev za toplotne črpalke. Razlog več, zakaj je izkoriščenje podtalnice eden izmed najbolj uporabljenih načinov izkoriščanja energije vode, je minimalno nihanje temperature podtalnice.

Pred inštalacijo sistema za toplotno črpalo voda-voda morajo biti izpolnjeni številni dejavniki, ki odločajo o ustreznosti oz. neustreznosti postavitve toplotne črpalke voda-voda.

6.2 Potrebujete dovoljenje za rabo podtalnice

Najprej je treba pridobiti vodno dovoljenje za rabo podtalnice, ki je pogojeno z maksimalnim odvzemom podtalne vode oz. z vodno analizo. Zato je prvi pogoj, da se objekt ne nahaja na vodovarstvenem območju. Za namestitev toplotne črpalke voda-voda so potrebna obsežna gradbena oz. zemeljska dela. Pomembno je, da se tovrstnih del nikakor ne lotimo sami, ampak najamemo za to usposobljenega strokovnjaka.

Naloga potopne črpalke je črpanje podtalne vode iz sesalne vrtine preko toplotne črpalke v ponorno vrtino.

Naslednji pogoj je sesalna vrtina, pred pričetkom namestitve le-te pa je potrebna temeljita analiza in geološka raziskava tal in podtalnice. Namen sesalne vrtine je zajem podtalne vode, ki omogoča delovanje toplotne črpalke. Pogoj za pravilno delovanje toplotne črpalke voda-voda je prav tako namestitev ponorne vrtine v smeri toka podtalnice za sesalno vrtino. Na ta način se izognemo mešanju tople in hladne vode. Izdelavo sesalne in ponorne vrtine obvezno prepustimo strokovnjakom. Poleg prej naštetih dejavnikov je vsekakor potrebna primerna dimenzija cevi, ne smemo pa pozabiti niti na potopno črpalko, katera se vgradi v sesalno vrtino.

6.3 Cena toplotne črpalke voda-voda

Cene za toplotne črpalke sistema voda-voda so primerljive s sistemom zemlja-voda ter se gibljejo med 10.000 in 15.000 €. Tako boste za toplotno črpalko voda-voda srednje zmogljivosti odšteli približno 12.500 € ali celo več.

7. Opis slik

Spodaj je podana tabela energentov s približnimi vrednostmi začetnih investicij in stroškov ogrevanja na letni ravni in trenutna nabavna cena posameznega energenta ter primerjava stroškov ogrevanja na letni ravni za tri primere objektov: starejši objekti, zgrajeni po letu 1980 z minimalno izolacijo, objekti novogradenj z dobro izolacijo in nizkoenergijske hiše.

Tabela 1, opomba: podane vrednosti cen so približne in zajete s pomočjo energetskega kalkulatorja.

Tabela 2, opomba: vrednosti so zajete z energetskega kalkulatorja, podane so trenutne povprečne cene energentov in stroškov. Upoštevana je ogrevalna površina 150 m2.