Toplotne črpalke: Trend prilagodljivih naprav

Pri presoji, ali je za potrebe stavbe (ogrevanje prostorov in tople vode) primerna toplotna črpalka (TČ), je treba upoštevati toplotne izgube stavbe, površino ogrevanega prostora, naravne danosti parcele in svoje finančne zmožnosti. Vse to bo namreč vplivalo na rabo električne energije, ki jo za delovanje potrebuje TČ. Te resda izkoriščajo obnovljive vire energije, vendar elektrika poganja kompresor in obtočne črpalke.

Poraba elektrike

Najmanj električne energije na enoto pro­izvedene toplote porabijo TČ, ki imajo visoko letno grelno število (SCOP). To pomeni, da je smiselno izbrati toplotno črpalko s čim višjim grelnim številom. Če pogledamo povprečje vgrajenih TČ, imajo najvišje grelno število TČ voda/voda, sledijo jim TČ zemlja/voda in TČ zrak/voda. Vendar je razvoj na tem področju zelo hiter in tako denimo najnovejši tipi TČ zrak/voda dosegajo precej višja grelna števila kot doslej. TČ voda/voda imajo grelna števila od 5,5 do 6,4, TČ zemlja/voda od 4,4 do 4,9 in TČ zrak/voda od 3,2 do 5,2.

V Evropi je najpogostejši tip toplotnih črpalk TČ zrak/voda, ki izkorišča toploto okoliškega zraka. Foto:

TČ delujejo po enakem principu kot hladilnik ali klimatska naprava. S pomočjo elektrike prenašajo toplotno energijo vira (podtalne vode – TČ voda/voda; zemlje – TČ zemlja/voda; okoliškega zraka – TČ zrak/voda) v ogrevalni sistem. To se zgodi v zaprtem tokokrogu, v katerem se tekoči delovni medij (hladivo) uparja, komprimira in spet utekočinja. To omogoča, da se to­­­p­lotna energija z nižje temperaturne ravni dvigne na višjo. Hladilno sredstvo ostane v tokokrogu nespremenjeno, se ne porablja ali spušča v okolje.

Glavni sestavni deli toplotne črpalke so kompresor, uparjalnik, kondenzator, dušilni ventil in hladilni plin, ki je potreben za prenos toplote. Kompresor stisne hladilni plin pod visokim tlakom in ga s tem segreje na višjo temperaturo. Plin pri tej temperaturi v kondenzatorju odda toploto, nato skozi dušilni ventil ekspandira na nižji tlak, s čimer se ohladi pod temperaturo vira toplote. V uparjalniku ga vir toplote spet segreje na prvotno temperaturo. TČ lahko uporabljamo za ogrevanje prostorov in sanitarne vode, reverzibilne TČ pa tudi za hlajenje prostorov. V primerih, ko potrebe po toploti v stavbi presegajo zmogljivosti nizkotemperaturnih črpalk, ko se lastnik denimo odloči za zamenjavo ogrevalnega kotla, preden energijsko prenovi hišo, pa so primerna izbira hibridne toplotne črpalke, ki delujejo v kombinaciji z drugim virom ogrevanja in imajo samodejno regulacijo. Najpogostejša je kombinacija toplotne črpalke zrak/voda s kondenzacijskim plinskim kotlom.

Toplotne črpalke in statistika

- V letu 2018 so v svetovnem merilu gospodinjstva na novo vgradila 18 milijonov TČ, v letu 2010 pa, za primerjavo, 14 milijonov.
- Po podatkih iz leta 2017 je bilo kar 80 odstotkov vseh TČ na svetu za gospodinjske namene vgrajenih na Kitajskem, Japonskem in v ZDA.
- V Evropi so leta 2017 gospodinjstva skupno vgradila milijon TČ, od tega samo za ogrevanje sanitarne vode 135.000.
- Vgradnja TČ za gospodinjstva na stari celini najhitreje raste na Švedskem, v Estoniji, na Finskem in Norveškem, kjer jih v povprečju vsako leto prodajo 25 na 1000 gospodinjstev.
- V svetovnem merilu prevladujejo TČ zrak/zrak, ki se pri nas vgrajujejo tako rekoč izjemoma, v ZDA pa predstavljajo večino, na drugem mestu so TČ zrak/voda, sledijo toplotne črpalke, ki izkoriščajo geotermalno energijo.
- Od leta 201 se je v globalnem merilu število TČ za ogrevanje sanitarne vode kar potrojilo, najbolj zaradi strategije, ki so jo sprejeli na Kitajskem, da bi nadomestili prevladujoče boljerje tople vode, ki so jih kurili s premogom. Tako je leta 2017 ta zastareli način ogrevanja vode nadomestilo 1,3 milijona TČ zrak/voda.
- Na svetu je približno 400.000 TČ zemlja/voda, od tega polovica v ZDA, v Evropi pa jih je največ na Švedskem in v Nemčiji.

Kam gre razvoj TČ

Velja, da je v stavbi, ki se ogreva na TČ, najprimernejše ploskovno ogrevanje, torej talno, stensko ali stropno, in sicer zaradi precej nižje temperature tekočine, ki se pretaka po cevnem sistemu teh ogreval, obstajajo pa tudi visokotemperaturne izvedbe, primerne za radiatorje, denimo v stanovanjskih hišah po celoviti energijski obnovi (zamenjavi stavbnega pohištva in izolaciji stavbnega ovoja), kjer so obstoječa ogrevala radiatorji.

Najopaznejši trendi pri razvoju toplotnih črpalk so izboljševanje njihove učinkovitosti (SCOP), prilagodljivost delovanja trenutnim razmeram, zmanjševanje hrupa in oblikovanje kompaktnih izvedb, ki zavzemajo malo prostora in jih je mogoče namestiti celo v bivalne prostore. Prilagodljivost delovanja trenutnim razmeram dosegajo proizvajalci bodisi s kombiniranimi, bivalentnimi napravami z enotno regulacijo, ki združujejo več energijskih virov (denimo TČ zrak/voda in kondenzacijski plinski kotel), ali hibridnimi TČ, ki izrabljajo več obnov­ljivih toplotnih virov iz okolice (npr. toploto zraka iz okolice in toploto zemlje).

Pri nizkotemperaturnih TČ je primerno talno ogrevanje, pri TČ, ki dosežejo višjo temperaturo, pa lahko uporabimo tudi radiatorje. Foto:

Eko sklad namenja za vgradnjo toplotnih črpalk subvencijo v okviru razpisa 74SUB-OB19. Priznava jo za nakup in vgradnjo električne, plinske, sorpcijske ali hibridne toplotne črpalke za centralno ogrevanje stanovanjske stavbe tipov zrak/voda, voda/voda ali slanica (kot npr. zemlja)/voda.

Za toplotno črpalko, ki dosega predpisano mejo sezonske energijske učinkovitosti, prejme upravičenec do 20 odstotkov (a največ 2500 evrov za TČ voda/voda ali zemlja/voda in največ 1000 evrov za TČ zrak/voda), če gre za prvo vgradnjo ogrevalnega sistema, in sicer na celotnem območju Slovenije. Če gre za zamenjavo stare kurilne naprave TČ na območjih občin, kjer ni sprejet odlok o načrtu za kakovost zraka, je investitor upravičen do 40 odstotkov vrednosti naložbe, medtem ko je za isti namen v občinah, ki imajo sprejet odlok o načrtu za kakovost zraka, upravičen do 50 odstotkov (a največ 5000 evrov za TČ voda/voda ali zemlja/voda in največ 3210 evrov za TČ zrak/voda).

Občine s sprejetim odlokom o načrtu za kakovost zraka so Mestna občina Celje, Hrastnik, Mestna občina Kranj, Mestna občina Ljubljana, Mestna občina Maribor (aglomeracija), Mestna občina Murska Sobota, Mestna občina Novo mesto, Trbovlje in Zagorje ob Savi.