HIŠE in gradnja...    
 

 
 

Moderne hiše

  Več

>>

Klasične hiše

  Več

>>

Luksuzne hiše

  Več

>>

Dvojčki

  Več

>>

 

 

 

Toplotne črpalke

Katero toplotno črpalko izbrati?

 

Toplotne črpalke


Bliskovit razvoj toplotnih črpalk sega 20 let nazaj, v dobo velike naftne krize,
kjer so mnogi proizvajalci iskali rešitve za zamenjavo fosilnih goriv v drugih
izvorih. Eden od odgovorov je bil uporaba odpadne toplote oziroma toplote
okolice.Takratne tehnične rešitve in izvedbe toplotnih črpalk niso dale
pričakovanih rezultatov glede izkoristka ter so bile z končanjem naftne krize
dejansko za daljšo dobo pozabljene.


S povečanjem ekološke zavesti pri potrošnikih ter naraščanjem cen energije,
postajajo toplotne črpalke kot energetsko učinkovit in okolju prijazen sistem za
ogrevanje in pripravo tople vode, ponovno vse zanimivejše. Z razvojem novih
tehnologij, izboljšanjem izkoristka delovanja, zmanjšanjem dimenzij in mase, se
uporaba toplotnih črpalk ponovno vrača. Toplotne črpalke nove generacije
so znižale mejo delovanja do najnižjih temperatur zunanjega zraka celo do –
20 °C. Leta 1978 je bil odnos električne energije in pridobljene toplotne
energije 1:2, danes pa znaša 1: 5 in pri določenih izvedbah celo več.
Predvideva se, da bodo toplotne črpalke v bodočnosti predstavljale osnovne
ogrevalne naprave na nizkotemperaturnih sistemih.


Najnovejši izračuni in meritve na številnih izvedbah toplotni črpalk so pokazali,
da toplotne črpalke porabijo med 34 in 49 % manj primarne energije kot
plinski in oljni kondenzacijski kotli. Prav tako se z uporabo toplotnih črpalk zelo
zmanjša emisija CO2 in drugih škodljivih plinov, v primerjavi s plinskimi in oljnimi
kondenzacijskimi kotli. To zmanjšanje znaša med 31 in 60 %.


Delovanje toplotne črpalke


Vsakdo je že opazil, da se izza hladilnika dviga topel zrak. Sigurno ste kdaj
pomislili, da bi na tak način lahko ogrevali vodo? To je možno narediti in sicer
s toplotno črpalko, ki deluje na enakem principu kot hladilnik. Pri hladilniku se
ohlaja notranjost, toplota odvzeta živilom pa prehaja v okolico. S pomočjo
toplotne črpalke pa toploto, ki bi sicer prešla v okolici koristno uporabimo za
ogrevanje prostorov ali sanitarne vode, samostojno ali v kombinaciji z ostalimi
sistemi. Pridobljena toplota je tu rezultat termodinamičnega procesa (slika 1)
in ne izgorevanja goriva kot pri klasičnih ogrevalnih sistemih.

 

 

Slika 1: Način delovanja toplotne črpalke


Toplotna črpalka je sestavljena iz uparjalnika, ki odvzema toploto okolice
(vode, zraka, zemlje), v njem se pri nizki temperaturi uplini delovna snov
(hladivo), ki nato potuje v kompresor. Ta pare stisne in jih dvigne na višji tlačni
in temperaturni nivo. Vroče pare v kondenzatorju kondenzirajo pri višji
temperaturi in pri tem oddajo kondenzacijsko toploto ogrevanemu mediju.
Delovna snov nato potuje preko ekspanzijskega ventila, kjer se ji zniža tlak
nazaj v uparjalnik in proces se ponovi. Vsa toplota pridobljena iz okolice je
brezplačna. Da jo iz nizkotemperaturnega nivoja dvignemo na
visokotemperaturni nivo, je potrebno vložiti nekaj dela.Tako je za delovanje
toplotne črpalke potrebna električna energija za pogon agregata, ki ga
sestavljata kompresor in ventilator. Razmerje med plačano energijo (elektriko)
in brezplačno energijo (pridobljeno iz okolice) je običajno 1/3 in pri
najnovejših črpalkah celo do 1/5 in več. To pomeni, da pri 3 kWh pridobljene
toplotne energije uporabnik plača 1 kWh, 2 kWh pa dobi brezplačno.
Razmerje med pridobljeno toplotno energijo in vloženim delom imenujemo
grelno število. Njegova vrednost zavisi od vrste toplotne črpalke in vira
okoliške toplote. Letna grelna števila znašajo v povprečju 2,5 do 3 in tudi več.
Poznamo tri osnovne izvedbe toplotnih črpalk glede na medij (okolico), ki ga
hladimo in medij, ki ga ogrevamo. Tako poznamo sisteme toplotnih črpalk
zrak/voda, voda/voda, zemlja/voda. Pri označevanju tipa toplotnih črpalk se
na prvo mesto postavlja medij, ki ga hladimo, na drugo mesto pa medij, ki ga
grejemo.
Toplotne črpalke zrak/zrak pa so v bistvo vse vrste klimatizerjev, ki ohlajajo in
vzdržujejo temperaturo v določenem prostoru in toploto predajajo na zrak v
sosednjem prostoru ali okolico.


Za ogrevanje zgradb pa potrebujemo poleg zadostne količine toplote tudi
zadosten temperaturni nivo grelnega medija. Najprimernejše je talno
ogrevanje, kjer zadostuje režim 40/30 °C. V tem primeru lahko namesto
klasičnega kotla kot generator toplote uporabimo toplotne črpalke. Čim
manjša je temperatura predtoka, tem boljši je izkoristek toplotne črpalke.
Pri uporabi novih tehničnih rešitev, je zelo pomembna tudi zaščita okolja, zato
se kot delovno snov (hladivo) največ brezfreonsko hladivo R 407 C.
Glede oblike poznamo dve izvedbi toplotnih črpalk. V kompaktni izvedbi sta
toplotni črpalka in hranilnik toplote (vode) v enem sklopu. V primeru, da je
toplotna črpalka ločena od hranilnika vode imenujemo takšno izvedbo split
ali ločena izvedba.


Glede na obratovanje poznamo dva načina obratovanja toplotnih črpalk in
sicer bivalentno obratovanje in monovalentno obratovanje.
Kadar je toplotna črpalka za ogrevanje objekta in tople sanitarne vode
instalirana dodatno k kotlu centralne kurjave, imenujemo tak način
obratovanja bivalenten. Dejansko pa ločimo tri načine bivalentnega
obratovanja 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 pa imamo
dva neodvisna generatorja toplote, ki se v primeru izpada enega
nadomeščata.
Pri monovalentnem načinu obratovanja toplotna črpalka deluje samostojno
pokrije celotne zahteve po toplotni energiji skozi celotno ogrevalno sezono.
 

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 temperaturi 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.
Na sliki 2 je shematsko prikazan sistem bivalentnega ogrevanja in priprava
tople sanitarne vode s klasično toplotno črpalko zrak/voda. Delujejo lahko do
temperature – 7°C, zato jih moramo v ogrevalnih sistemih vgraditi skupaj s
klasičnim kotlom.

 


Slika 2: Bivalenten sistem ogrevanja in priprave tople sanitarne vode s toplotno
črpalko zrak/voda


Nove, patentirane rešitve so probleme v vezi nizkih zunanjih temperatur
dejansko odpravile in tako se na tržišču pojavile toplotne črpalke »nove
generacije« , ki izkoriščajo toploto zunanjega zraka celo do – 20°C. Ali je torej
mogoče ogrevati z ledom?


V zunanjem zraku je vedno nekaj vlage. Pri ohladitvi se vlaga 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 toplotno izkorišča toplotna črpalka. Sproščena energija 0,5
mm debele plasti ivja, omogoča ogrevanje moderne hiše pri zunanjih
temperaturah od 0 do – 5°C celo uro. Prednosti so v brezšumnem delovanju,
ni potreben ventilator zunanje enote, ni potrebna kurilnica, kajti celotna
naprava je postavljena na prostem. Delovanje toplotne črpalke je
neprekinjeno, ne glede na zamrznitev uparjalnika, kar poveča tudi izkoristek
črpalke. Primerne so na objektih z radiatorskim, talnim ali konvektorskim
ogrevanjem. Grelno število pri temperaturi zunanjega zraka –10°C in
temperaturi predtoka 45 °C je približno 2,4. Pri zunanji temperaturi – 20 °C, pa
je grelno število še vedno 2. Za objekt s porabo 2000 do 3000 litrov kurilnega
olja na leto, so letni prihranki 6.000 do 9.000 kWh Letno grelno število je do 3,
pri talnem ogrevanju pa do 4.


Izkoriščanje toplote zunanjega zraka je idealno posebno v objektih brez
radiatorskega ogrevanja, torej pri ogrevanju z električno energijo. V Sloveniji
se preko 25.000 stanovanj ogreva samo z električno energijo. Če bi se samo
polovica objektov preusmerila na ogrevanje s toplotnimi črpalkami, bi v enem
letu prihranili 78.000.000 kWh električne energije. Ta vrednost ustreza prihranku
približno 11.000 m3 kurilnega olja (70% letni izkoristek kotla).
Poleg črpalk, ki izkoriščajo toploto zunanjega zraka, lahko koristimo tudi
toploto notranjega zraka. Primerna mesta s 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. Toplotna 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 ohladimo zrak iz prezračevalnega sistema
lahko s dodatno regulaciji 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 nazaj 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 %.

 


Slika 3: Monovalenten sistem ogrevanja in priprava tople sanitarne vode s toplotno
črpalko voda/voda


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
grelni število 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 2,5 do 3 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.
 

 

Slika 4: Zveza med pogonsko in toplotno močjo v odvisnosti od temperature
toplotnega vira in predtoka


Iz primera št.1 je razvidno, da imamo pri temperaturi vira 0°C in temperaturi
predtoka 55 °C grelno število 2,27. Iz primera št. 2 pa je razvidno, da imamo pri
temperaturi vira 0 °C in temperaturi predtoka 40 °C grelno število 3,12.
Vsekakor očitna razlika, ki dokazuje, da je vgradnja nizkotemperaturnega
sistema smotrna.


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.
Po zbranih podatkih v Sloveniji deluje nad približno 9000 hmalih toplotnih
črpalk, ki izkoriščajo toploto zraka za pripravo tople sanitarne vode. Za
primerjavo, na Švedskem se je število toplotnih črpalk od leta 1985 do danes
povečalo od 120.000 na približno 500.000 enot.
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 3400
kWh. Z uporabo toplotne črpalke lahko to porabo zmanjšamo za dve tretjini,
torej za 2300 kWh.
Investicije v toplotne črpalke ne prinašajo le visokih energetskih 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.
 

Ekonomska upravičenost nakupa toplotne črpalke
 

Toplotne črpalke porabijo med 34 in 49 % manj osnovne energije kot plinski in
oljni kondenzacijski kotli. Povprečno gospodinjstvo s 4 člani porabi dnevno
približno 200 l sanitarne vode ogrete na 55 °C. To pomeni letno porabo 3400
kWh. Z uporabo toplotne črpalke lahko to porabo zmanjšamo za vsaj dve
tretjini, torej na 1100 kWh.
 

V primeru novogradnje je sistem s toplotno črpalko od investicije v kotel
okvirno dražji med 20 in 140%, pri sanaciji pa med 60 in 220%. Višja investicija v
sisteme s toplotno črpalko zlahka odvrne potencialnega investitorja, ki ni
ustrezno seznanjen z dolgoročnejšimi finačnimi učinki dolovanja sistemov. V
nadaljevanju se namreč prav tako očitno izkaže, da toplotne črpalke
prinašajo velike prihranke. Sistem s toplotno črpalko, ki uporablja okoliški zrak
kot vir toplote, se z letnim prihrankom pri novogradnji povrne že v 3 letih. Poleg
tega so vsako leto na voljo razpisi Ministrstva za okolje s subvencijami do
45.000 za črpalko za ogrevanje sanitarne vode in do 500.000 za ogrevanje
hiše. Tu so še ugodni krediti Ekosklada, kjer je obrestna mera močno
subvencionirana in jih je smiselno uporabiti. Če pa nam zato denar ostane, ga
raje naložimo kam drugam.

 

 

 

Poišči si svojo

- montažno hišo

- klasično hišo

- bio hišo

...

 

 Copyright hise.freevar.com © 2008 >> Pogoji uporabe

 

 

 

 

 

 

 

 

Free Web Hosting