Voda, zemlja, zrak: Varčne toplotne črpalke

Glede na vire ločimo toplotne črpalke zrak/voda, voda/voda, zemlja/voda. Prva je oznaka vira, ki ga izkoriščamo in ima nižjo temperaturo kot medij, s katerim grejemo in je naveden v drugi oznaki. Temperaturna razlika med njima mora biti čim manjša, da za delovanje kompresorja v toplotni črpalki porabimo čim manj električne energije. O ogrevanju s toplotno črpalko razmišlja vse več ljudi, vendar o njenem delovanju, izkoristkih, zanesljivosti ter stroških še vedno ne vemo dovolj. Zato v nadaljevanju odgovarjamo na najpogostejša vprašanja, ki si jih uporabniki postavljajo, preden se odločijo za to možnost ogrevanja in izkoriščanja obnovljivih virov energije.

Kako deluje toplotna črpalka?

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, v katerem se ji zniža tlak, nazaj v uparjalnik in proces se ponovi. Vsa toplota, pridobljena iz okolice, je brezplačna. Da jo z nizkotemperaturnega nivoja dvignemo na visokotemperaturni nivo, je treba 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 proti 3, pri najnovejših črpalkah celo do 1 proti 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 je odvisna od vrste toplotne črpalke in vira okoliške toplote. Letna grelna števila znašajo v povprečju 3 do 4 in tudi več.

Ali je toplotna črpalka dražja od ogrevalnega kotla?

Cena toplotne črpalke je odvisna od ogrevalne moči. Dobro toplotno izolirana povprečna enodružinska hiša (grajena po veljavnih predpisih o toplotni zaščiti) potrebuje toplotno črpalko ogrevne moči od 9 in 12 kW. Ceno toplotne črpalke je treba primerjati s ceno sodobnega, kondenzacijskega ogrevalnega kotla. Pri novogradnjah sta ogrevalni in regulacijski sistem običajno enaka, ne glede na to, ali se odločimo za črpalko ali kotel. Dodaten strošek je vir toplote v primeru monovalentnega obratovanja, kar pomeni, da toplotna črpalka zadosti vsem toplotnim potrebam zgradbe. To velja pri vgradnji toplotne črpalke zemlja/voda in voda/voda. Če upoštevamo subvencijo države in to, da pri toplotni črpalki ne potrebujemo dimnika, se cena sistemov bistveno ne razlikuje. Če pa upoštevamo še, da lahko z reverzibilno toplotno črpalko hladimo v letnem času (pri vgradnji stenskega ali talnega ogrevanja), si prihranimo tudi stroške za nakup klimatskih naprav.

Kolikšni so stroški ogrevanja s toplotno črpalko?

Če vgradimo kakovostno toplotno črpalko, ki obratuje z dobrim letnim grelnim številom in virom toplote z visoko povprečno temperaturo v zimskem času (v primeru podtalnice, ki ima tudi v zimskem času temperaturo od 12 do 15 stopinj Celzija), ter se odločimo za ploskovno ogrevanje, kot sta talno in stensko gretje, dosežemo največje prihranke. Ti znašajo do 75 odstotkov v primerjavi s konvencionalnimi ogrevalnimi sistemi.

Kakšna je učinkovitost toplotnih črpalk?

Učinkovitost toplotne črpalke čez vse leto označujemo z letnim grelnim številom (SPF – Seasonal Performance Factor). Izračunamo ga iz razmerja med toploto, ki jo dovedemo grelnemu mediju, in vso porabljeno električno energijo v sezoni. Poleg porabe električne energije za pogon kompresorja moramo upoštevati še porabo električne energije pomožnih komponent sistema (za črpalke, odmrznitev uparjalnika, regulacijo itd). Na letno grelno število toplotne črpalke vplivajo potrebe po toploti in hlajenje glede na lokacijo objekta, temperaturo vira toplote in temperaturo predtoka ogrevne vode, dodatna poraba električne energije pomožnih komponent sistema, sistem regulacije toplotne črpalke in ogrevalnega sistema ter pravilno dimenzioniran hranilnik toplote. Pomembna je tudi optimalna nastavitev ogrevalne in hladilne ter pogonske moči glede na vir toplote in temeraturo ogrevne vode, čemur strokovnjaki pravijo obratovalna karakteristika toplotne črpalke. Največja letna grelna števila dosegajo toplotne črpalke voda/voda, in sicer približno 4, toplotna črpalka zemlja/voda približno 3,8 in toplotna črpalka zrak/voda približno 3. Pri tem je upoštevana temperatura dovodne vode (predtoka) v ogrevalni sistem 45 stopinj Celzija.

Kateri vir toplote izbrati pri ogrevanju s toplotno črpalko?

Toplotna črpalka je naprava, ki prenaša toploto s toplotnega vira z nižjo temperaturo na toplotnega porabnika z višjo temperaturo (ogrevna voda za ogrevanje), zato mora biti temperaturna razlika med njima čim manjša. Tako bo kompresor toplotne črpalke porabil manj električne energije. Zato je treba izbrati toplotni vir, ki ima pozimi najvišjo povprečno temperaturo, in ogrevalni sistem z najnižjo ogrevno temperaturo vode (talno, stensko ogrevanje). Pri viru toplote je na prvem mestu podtalnica, sledi ji zemeljski kolektor ali zemeljska sonda in nato okoliški zrak. Pri ogrevalnem sistemu je na primer energijska učinkovitost radiatorskega ali konvektorskega ogrevanja tudi do 30 odstotkov nižja kot pri talnem ogrevanju. Toplotne črpalke zrak/voda se lahko uporabljajo kot osnovni ali dodatni izvor toplote za sistem ogrevanja in pripravo tople sanitarne vode. Na evropskem trgu je vse več takšnih, ki obratujejo tudi pri zunanjih temperaturah do –10°C z grelnim številom približno 2. Nizkoenergijske hiše imajo zelo majhne toplotne izgube, kar znaša preračunano na kvadratni meter ogrevane površine približno 40 W/m², pasivne pa celo 10 W/m². Enodružinska stanovanjska hiša s površino 120 kvadratnih metrov tako potrebuje le še vir toplote z močjo približno 5 kW. Za takšne moči je mogoče stanovanjsko zgradbo ogrevati tudi s toplotno črpalko zrak/voda, z električnim dogrevanjem ogrevne vode ob nižjih zunanjih temperaturah.

Kolikšni so stroški vira toplote?

Primerjamo lahko stroške del, potrebnih, da lahko začnemo izkoriščati vir toplote, za ogrevanje povprečne družinske hiše z ogrevalno močjo toplotne črpalke 12 kW. Če je vir toplote podtalnica, potrebujemo dve vrtini globine 15 metrov ali manj. Cena vrtine je približno 70 evrov na meter. Pri zemeljskem kolektorju potrebujemo izkop za pet zank dolžine 100 metrov na globini 1,5 metra in razdelilnik. Za vse skupaj je treba odšteti približno 2500 evrov. Najdražje so zemeljske sonde. Izkopati je treba tri vrtine do globine približno 75 metrov, za kar potrebujemo tudi rudarsko dovoljenje. Cena posega je od 8 do 10 tisoč evrov.

Kakšen ogrevalni sistem je najprimernejši?

Najprimernejša so ploskovna ogrevanja, in sicer talno, stensko ali stropno gretje. Mogoče je uporabiti tudi radiatorje, vendar morajo biti njihove površine znatno večje kot pri klasičnem centralnem ogrevanju s kotli. Lahko uporabimo tudi srednje- in visokotemperaturne toplotne črpalke, pri katerih je temperatura vode od 65 do 75 stopinj Celzija, vendar so dražje. Primerne so za obstoječe radiatorske ogrevalne sisteme.

Ali so toplotne črpalke hrupne?

Kakovostne toplotne črpalke, ki jih postavimo v notranje prostore, so tišje od običajnega gorilnika na olje. Manj kakovostne pa povzročajo vibracije in neprijeten hrup. Da bi bil hrup čim manjši, mora biti v ohišje toplotne črpalke vgrajena ustrezna zvočna izolacija, ki dobro duši zvok (izolacija iz pene piramidaste oblike). Posebej pomembno je pravilno vpetje kompresorja toplotne črpalk in drugih komponent. Povezava kompresorja s prenosnikom toplote mora biti fleksibilna, prav tako cevni priključki za toplotni vir in ogrevno vodo za sistem ogrevanja.

Kako zanesljivo delujejo in kako pogoste so okvare?

Toplotna črpalka ima enake elemente kot kuhinjski hladilnik, le njeno delovanje je nasprotno. Potemtakem lahko sklepamo, da so zelo vzdržljive in se zelo malo kvarijo. Tudi če se pokvari plinski ali oljni gorilnik, ostanemo brez ogrevanja. Zato moramo izbrati toplotno črpalko pri ponudniku, ki ima urejeno vzdrževanje in zagotovljene nadomestne dele.

Ali s toplotno črpalko lahko tudi hladimo prostore?

Poleti, pri povišanih zunanjih temperaturah, se toplotna črpalka lahko uporablja za pasivno hlajenje oziroma t. i prosto ali naravno hlajenje, pri katerem uporabimo hlad zemlje ali podtalnice brez delovanja kompresorja, torej brez porabe energije. Takšno hlajenje je najcenejše, skoraj brezplačno, saj potrebujemo pogonsko energijo samo za delovanje obtočne črpalke. Za hladilne elemente lahko poleg ventilatorskih konvektorjev uporabimo tudi sistem stenskega in stropnega ogrevanja, manj primerno je talno gretje.

Je toplotna črpalka primerna tudi za ogrevanje sanitarne vode?

Toplotno črpalko lahko vgradimo tudi samo za ogrevanje sanitarne vode. Njeno moč izberemo glede na predvideno porabo tople sanitarne vode. Za družinske potrebe potrebujemo takšno z močjo 2 kW in prostornino hranilnika 200 litrov za štiri ljudi, 300-litrski hranilnik pa bo zadostoval za šest do osem ljudi. Stroški priprave sanitarne vode znašajo od 80 do 100 evrov na leto. Vračilna doba naložbe pa je tri do šest let.

Delo in dom, 26. september 2007