Toplotne črpalke: čim več toplote za čim manj elektrike

Njihova prednost je, da izkoriščajo obnov­ljivi vir energije iz neposrednega okolja, ne povzročajo večjih izpustov v ozračje in bistveno znižujejo stroške za ogrevanje. Višina naložbe v sistem ogrevanja s toplotno črpalko se razlikuje glede na to, kateri toplotni vir izberemo.

Kako deluje toplotna črpalka

Toplotna črpalka deluje na enakem principu kot hladilnik. Pri hladilniku se ohlaja notranjost, toplota, odvzeta živilom, pa prehaja v okolico. S toplotno črpalko pa toploto, ki bi sicer prešla v okolico, koristno uporabimo za ogrevanje prostorov ali sanitarne vode. Pridobljena toplota je rezultat termodinamičnega procesa. 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 skozi ekspanzijski ventil, kjer se ji zniža tlak, nazaj v uparjalnik in proces se ponovi. Da toploto, pridobljeno iz okolice, z nizkotemperaturnega nivoja dvignemo na visokotemperaturni, je treba vložiti nekaj dela. Tako je za delovanje toplotne črpalke potrebna električna energija za pogon agregata, ki ga sestavljata kompresor in ventilator.

Toplotne črpalke so naprave, ki izkoriščajo energijo okolja oziroma odvzemajo toploto zraka, zemlje in podtalne vode in jo pri višji temperaturi oddajajo v ogrevalni sistem. Za delovanje potrebujejo še električno energijo. Smisel ogrevanja z njimi je, da porabimo čim manj električne energije in hkrati dobimo čim več toplote. Malo elektrike bodo porabile naprave manjše moči z visokim grelnim številom (COP). To pove, kako učinkovita je toplotna črpalka, saj gre za razmerje med električno energijo, ki jo dovajamo, in energijo (toploto), ki jo naprava odda v sistem.

Glede na vir toplote, ki jo izkoriščajo, jih delimo na TČ zrak/voda, zemlja/voda in voda/voda, obstajajo pa tudi hibridne toplotne črpalke, ki delujejo v kombinaciji z drugim virom ogrevanja in se večinoma vgrajujejo v stanovanjske hiše, ki še niso energetsko sanirane, so slabo toplotno izolirane, zato imajo velike toplotne izgube. Pri hibridnih napravah je najpogostejša TČ zrak/voda v kombinaciji s kondenzacijskim plinskim kotlom.

S TČ lahko ogrevamo prostore in sanitarno vodo, lahko pa so namenjene samo enemu ali drugemu. Ker je poraba tople pri današ­njem načinu bivanja čedalje večji strošek, so na voljo tudi TČ majhne moči, ki so namenjene le za ogrevanje sanitarne vode. Sodobne, t. i. reverzibilne toplotne črpalke pa omogočajo tudi hlajenje bivalnih prostorov. To poteka po isti cevni napeljavi, ki pozimi rabi za ogrevanje – gre za ploskovna ogrevala v tleh, stenah ali stropu (talno, stropno, stensko ploskovno gretje).

TČ voda/voda

Toplotne črpalke voda/voda izkoriščajo toploto podtalnice, ki jo v napravo iz vrtine črpa potopna črpalka. Vgradimo jih lahko le tam, kjer imamo na parceli ali v bližini podtalnico, zanjo moramo pridobiti vodno dovoljenje za rabo podtalne vode. Optimalna temperatura podtalnice je od 7 do 12 stopinj Celzija, ne sme pa biti nižja od 3 stopinj Celzija. Preveriti je treba tudi, ali je pretok dovolj velik in stalen. To s črpalčnim preizkusom ugotovi geolog. Primerna je podtalnica, ki ni globlje kot 30 metrov, prav tako ne sme biti tik pod površjem, saj bi pozimi lahko zmrz­nila. Izvrtati je treba dve vrtini, ena je sesalna, po drugi se ohlajena voda, ki je toploto že oddala toplotni črpalki, vrača v podtalnico. Zaradi precej stalne temperature podtalnice dosegajo te naprave najvišje grelno število, tudi do šest.

TČ zemlja/voda

Toploto zemlje lahko izkoriščamo na dva načina: s horizontalnimi kolektorji in geosondo. Preden se odločimo za zemeljski kolektor, moramo preveriti sestavo tal in razgibanost terena. Za družinske hiše je primernejši način izkoriščanje toplote na globini od 110 do 150 centimetrov. Zemeljski kolektorji so različnih oblik, na primer v obliki horizontalnih zank, spiral ali posebnih košar, in polnjeni z vodo, ki ji je proti zmrzovanju dodan glikol ali čisti etanol. Največ toplote iz zemlje lahko prenašajo ploščati kolektorji, ki se razporedijo v obliki zank po večji površini.

Geosonde (zemeljske sonde) so vertikalni kolektorji toplote zemlje oz. kamnin pod površjem. Sestavljeni so iz cevi v obliki dvojne zanke U, ki je navpično vstavljena v vrtino, za katero je običajno potrebno rudarsko dovoljenje. Geosonde se polagajo v zemljo na globini 30 do 100 metrov (največ 150 metrov). Globina in premer cevi sta odvisna od toplotnih potreb objekta in moči vgrajene toplotne črpalke.

TČ zrak/voda

Izkoriščanje toplote zraka je preprosto, saj potrebujemo le zajem zraka. Toplotno črpalko lahko postavimo na prostem ali v prostoru, lahko pa se odločimo tudi za dvodelno izvedbo, pri kateri je uparjalnik na zunanji strani, druge komponente pa so v prostoru. V drugem primeru se zajem zraka običajno zagotovi skozi fasado. Za toplotne črpalke majhne moči, ki so namenjene le za ogrevanje sanitarne vode, običajno zadostuje zrak iz prostora, v katerem je naprava. Razlog, da je TČ zrak/voda pri nas najpogostejša izbira, je poleg preproste izvedbe nižja začetna naložba.

Hibridne TČ

Hibridne toplotne črpalke so primerna rešitev, ko se lastnik odloči za zamenjavo ogrevalnega kotla, preden energijsko prenovi hišo. S TČ zrak/voda, ki je pri hibridnih napravah najpogostejša, je lahko nadgrajen tudi obstoječi plinski kotel. Pri hibridni TČ se plinska peč vklopi šele takrat, ko je moč TČ manjša od toplotnih izgub objekta, se pravi ob večjem padcu zunanjih temperatur. Glede na potrebe po toploti lahko v določenem času deluje samo TČ, samo plinski kondenzacijski kotel ali oba hkrati.

Grelno število in moč

Pri novih generacijah TČ je razmerje med elektriko, ki jo porabijo za svoje delovanje, in oddano toplotno energijo, ki je izraženo z grelnim številom (COP), čedalje večje. Največja grelna števila dosegajo črpalke voda/voda, pri najboljših tudi šestkratno. Nekateri novi modeli TČ zemlja/voda dosegajo grelno število od 4,4 do 4,9, črpalke zrak/voda pa od 3,2 do 4,2.

Moč toplotne črpalke nima vpliva na grelno število, določa se glede na potrebe stavbe. Več ko moramo nadomestiti toplotnih izgub, večjo moč črpalke potrebujemo. Za povprečno toplotno izolirane družinske hiše stavb zadostuje moč od 6 do 12 kW, za stanovanja in nizkoenergijske hiše približno 3 kW, za pasivne hiše pa so primerne črpalke s še manjšo močjo.

Če bomo tako ogrevali le sanitarno vodo, zadostuje za povprečno štiričlansko družino, ki na dan porabi približno 200 litrov vode, TČ z močjo 2 kW, poleg nje pa je seveda nepogrešljiv 200-litrski hranilnik tople vode (za več uporabnikov mora imeti prostornino vsaj 300 litrov). Za ogrevanje sanitarne vode je najpogostejša izbira TČ tipa zrak/voda, ki zajema toploto za ogrevanje iz okoliškega zraka – namestimo jo lahko v kleti, shrambi ali katerem drugem prostoru, pri čemer je pomembno le, da je temperatura zraka v njem čim višja.

Ogrevala

Toplotne črpalke so najbolj učinkovite v povezavi z nizkotemperaturnim ploskovnim ogrevalnim sistemom, torej s talnim, stenskim ali stropnim ogrevanjem. Nizkotemperaturni režim delovanja pomeni, do so za ogrevanje potrebne občutno nižje temperature ogrevalne vode (srednja delovna temperatura približno 50 stopinj Celzija) kot za klasične radiatorje. Ureditev cevnega ploskovnega ogrevanja pride seveda v poštev v novogradnjah ali pri celoviti sanaciji hiše, vendar vezanost na visokotemperaturne radiatorje ne pomeni, da se moramo TČ odpovedati. Zanje so primerne visokotemperaturne toplotne črpalke, ki so običajno sestavljene iz dveh zaporedno vezanih invertersko vodenih TČ z različnimi hladivi, ki omogočata ogrevanje vode do 80 stopinj Celzija tudi pri zunanji temperaturi minus 20 stopinj Celzija, druga možnost pa so hibridne toplotne črpalke.

Subvencije

Vgradnja toplotne črpalke za centralno ogrevanje stanovanjske stavbe je ena od naložb v rabo obnovljivih virov energije in večjo energijsko učinkovitost stanovanjskih stavb, za katere je mogoče pri Eko skladu dobiti subvencijo (javni poziv 37SUB-OB16). Vlogo je treba oddati pred začetkom del za izvedbo naložbe.

Višina nepovratne finančne spodbude znaša do 20 odstotkov priznanih stroškov naložbe, vendar ne več kot 2500 evrov za ogrevalno TČ tipa voda/voda ali slanica/voda in 1000 evrov za ogrevalno TČ tipa zrak/voda.

Če bo naložba izvedena v starejši stavbi na območju občin s sprejetim odlokom o načrtu za kakovost zraka, znaša višina nepovratne finančne spodbude do 50 odstotkov priznanih stroškov naložbe, vendar ne več kot 3100 evrov za ogrevalno TČ tipa voda/voda ali slanica/voda in 1250 evrov za ogrevalno TČ tipa zrak/voda.

Višja spodbuda na območju občin s sprejetim odlokom o načrtu za kakovost zraka bo lahko dodeljena le, če bo naložba izvedena v stanovanjski stavbi oziroma delu stanovanjske stavbe, za gradnjo katere je bilo gradbeno dovoljenje izdano pred 1. 1. 2003, morebitno gradbeno dovoljenje za legalizacijo stanovanjske stavbe, zgrajene pred 1. 1. 2003, pa pred oddajo vloge po tem javnem pozivu.

Odlok o načrtu za kakovost zraka velja za določena območja občin Celje, Hrastnik, Kranj, Ljubljana, Maribor, Murska Sobota, Novo mesto, Trbovlje in Zagorje ob Savi.