Načrtovanje ogrevanja s toplotno črpalko je v novogradnjah precej bolj preprosto kot pri starejših stavbah, v katerih želimo zamenjati ogrevalni sistem. Pri novogradnji imamo na razpolago vse potrebne podatke, na podlagi katerih bomo izbrali najprimernejšo rešitev, oziroma bomo hišo že načrtovali tako, da bo ogrevanje s toplotno črpalko kar najbolj učinkovito in poceni.

Zasnova hiše, predvsem pa debelina toplotnega ovoja in kakovost stavbnega pohištva vplivajo na to, kolikšna bo morala biti moč toplotne črpalke. Velja, da manjše toplotne izgube pomenijo manjšo moč toplotne črpalke in manjšo rabo električne energije za njeno delovanje, posledica tega pa so nižji stroški ogrevanja.

Vir toplote vpliva na učinkovitost naprave

Drugi dejavnik, ki ga moramo upoštevati, je možnost izbire vira toplote. Toploto lahko črpalka jemlje okoliškemu zraku, podtalnici ali zemlji. V zadnjem primeru se lahko odločimo za ploščati ali kakšen drug zemeljski kolektor ali za geosondo, ki jemlje toploto iz kamnin na globini 60 in več metrov. Od izbire vira je odvisno grelno število črpalke, ki naj bi bilo čim višje. Vsak vir ima svoje prednosti in slabosti, velja pa, da najvišje grelno število dosegajo toplotne črpalke voda/voda (od 4,5 do 5), nekoliko nižje zemlja/voda (od 4 do 4,5) in najnižje zrak/voda (od 2,5 do 3,5). Druge najpogostejše omejitve, ob katere trčimo pri izbiri vira, so povsem naravne. Na parceli morda ni podtalnice, lahko je pregloboko in se ne splača vrtati ali pa je njen pretok premajhen. Pri zemeljskih kolektorjih je težava predvsem v tem, da za ploščate nimamo dovolj površine na dvorišču, ali pa sestava tal ni najprimernejša in iz njih ne bomo dobili dovolj toplote. Pri izkoriščanju toplote zraka, ki je sicer z vidika naložbe najcenejše in tudi najbolj preprosto za načrtovanje, je ovira nihanje temperature in manj učinkovito delovanje črpalke pri izjemno nizkih temperaturah.

Pri viru toplote je pomembno, da ima čim bolj konstantno in čim višjo temperaturo, kar zagotavlja manjše nihanje vrednosti grelnega števila. Bistvo delovanja toplotne črpalke je namreč, da iz okolice jemlje toploto in jo dvige na višji temperaturni nivo, za to pa potrebuje električno energijo, ki poganja kompresor. Razmerje med vloženo energijo in dobljeno toploto je grelno število. Večja ko je temperaturna razlika med virom toplote in ogrevalno vodo v sistemu, manjše je grelno število in večja je tudi raba električne energije.

Najbolj učinkovite so v povezavi s ploskovnim gretjem

Na učinkovitost oziroma grelno število vpliva tudi ogrevalni sistem v prostorih. Najbolj primerno je ploskovno gretje, ki je lahko talno, stensko ali stropno. Ta ogrevala delujejo v nizkotemperaturnem režimu, kar pomeni, da je voda, ki kroži po njih in oddaja toploto v prostor, lahko ogreta le na 35 ali 40 stopinj Celzija. Pri dobrih nizkoenergijskih in pasivnih hišah je lahko tudi hladnejša, malo pod 30 stopinj Celzija. Toplotna črpalka tako premaguje majhno temperaturno razliko. Če je na primer toplotni vir voda, ki ima v povprečju od 7 do 12 stopinj Celzija, bo morala toplotna črpalka temperaturo dvigniti za 23 do 28 stopinj Celzija, približno enako bo zadostovalo tudi, če je vir toplote zemlja, ki ima konstantno temperaturo približno 9 stopinj Celzija. Pri zraku bodo nihanja velika, saj se pozimi temperature spustijo tudi do minus 15 in več stopinj Celzija, v prehodnih obdobjih pa so precej nad ničlo.

Prav premagovanje temperaturne razlike je pri vgradnji toplotne črpalke v obstoječe hiše ena večjih težav. Starejše hiše imajo običajno v prostorih radiatorje. Voda v njih mora biti ogreta na 70 in celo več stopinj Celzija, da bo v prostorih dovolj toplo. Zato kombinacija toplotne črpalke in radiatorjev ni nujno najboljša izbira, razen če so površine radiatorjev izjemno velike. V tem primeru lahko izberemo visokotemperaturno toplotno črpalko. Smiselno je, da pri obnovi ogrevalnega sistema tudi radiatorje zamenjamo s ploskovnim gretjem, vendar je to povezano s precejšnjimi stroški in velikimi posegi v prostor. Druga ovira so velike toplotne izgube, ki jih je treba nadomestiti z ogrevanjem. Zato je treba vgraditi toplotno črpalko z večjo močjo, to pa pomeni višjo naložbo in večjo rabo električne energije. Pripraviti je treba dober projekt in natančno izračunati razmerje med višino naložbe in količino prihranjene energije v primerjavi z obstoječim ogrevalnim sistemom ter tudi v primerjavi s kakšno drugo možnostjo sodobnejšega in varčnejšega ogrevanja, kot sta na primer kotel na lesno biomaso ali kondenzacijski kotel na zemeljski plin.

Glede na toplotne izgube in velikost ogrevalnih površin je treba izbrati hranilnik toplote. Ta bo namenjen za hranjenje toplote, ki jo potrebujejo ogrevala, in za toplo vodo, ki jo uporabljamo v gospodinjstvu. Navadno so hranilniki razdeljeni na dva temperaturna nivoja, saj mora biti temperatura sanitarne vode višja kot za ogrevalni sistem. Pri manjših potrebah toplote so lahko vgrajeni skupaj s toplotno črpalko v eni enoti, če potrebujemo večstolitrski hranilnik, pa izberemo ločeno enoto.

Dobra kombinacija solarnega sistema in toplotne črpalke

V zadnjem času se toplotne črpalke že uporabljajo v kombinaciji s kakšnim drugim sistemom ogrevanja. V novogradnjah je to najpogosteje solarni sistem. Ta poleti in tudi v prehodnih obdobjih, ko je dovolj sonca, zagotovi vso potrebno toploto za sanitarno vodo. Pozimi, ko je sonca premalo, je glavni vir ogrevanja toplotna črpalka. Sistema upravlja skupna regulacija, ki skrbi za njuno usklajeno delovanje. V obstoječih hišah lastniki kljub vgradnji toplotne črpalke pogosto kot dodatni oziroma pomožni vir obdržijo obstoječo kurilno napravo. Tudi ta se z ustreznimi priključki poveže na toplotno črpalko, njuno delovanje po upravlja skupna regulacija. Tako se na primer star oljni ali plinski kotel vključi, kadar zunanje temperature padejo pod bivalentno točko, izračunano v projektu. To je točka, pri kateri delovanje toplotne črpalke ni več dovolj učinkovito oziroma porabi preveč električne energije in je zato bolje, da za ogrevanje skrbi drug, bolj učinkovit vir. Če tega ni, se običajno vgradijo električni grelci, ki se samodejno vključijo, ko toplotna črpalka ne zmore več sama zagotoviti dovolj toplote.

Reverzibilne toplotne črpalke lahko poleti uporabljamo za hlajenje, vendar moramo za to v prostore vgraditi talno, še bolje pa stropno gretje ali konvektorje. Hlajenje je lahko pasivno ali aktivno. Pri prvem izkoriščamo hlad zemlje ali podtalnice, lahko pa tudi zraka, če je njegov zajem narejen nekaj metrov stran od hiše in vanjo pripeljan po ceveh pod zemljo, v katerih se pohladi. Kompresor črpalke pri tem ne deluje, zato je takšno hlajenje skoraj brezplačno, saj električno energijo porabljajo le obtočne črpalke, ki potiskajo zrak oziroma vodo po sistemu. Pri aktivnem hlajenju pa kompresor deluje in aktivno hladi okoliški vir.

Toplotno črpalko lahko uporabljamo tudi za prezračevanje prostorov. To omogočajo tako imenovane kompaktne naprave, ki združujejo toplotno črpalko, bojler za sanitarno vodo in prezračevalno enoto z rekuperatorjem toplote. Vir toplote sta lahko podtalnica ali zemlja, naprava pa prek zaporedno vezanih izmenjevalnikov del toplote odda bojlerju, del ploskovnemu gretju in del zraku za prezračevanje. Kompaktne naprave, ki kot vir toplote izkoriščajo zrak, so izjemno majhne moči in so primerne le za pasivne hiše. Prostore ogrevajo z zrakom, ki potuje po prezračevalnem sistemu, toploto pa pridobivajo iz predgretega okoliškega in odpadnega zraka ter jo namenijo za ogrevanje sanitarne vode.

Delo in dom, 27. januar 2010