Toplotne črpalke na pohodu

06.12.2017

Za ogrevanje in hlajenje so trenutno toplotne črpalke najbolj aktualna strojna naprava. Ob ugodnem grelnem in hladilnem številu take naprave je vgradnja toplotne črpalke za ogrevanje in hlajenje tudi ekonomsko večinoma najustreznejša izbira.

Vendar je izbira primerne toplotne črpalke tehnično zelo zahtevna. Upoštevati je potrebno številne omejitve toplotnih črpalk, njihove tehnične karakteristike ter lastnosti objekta in ogrevalnega sistema v zgradbah.

Najprej moramo preveriti kakšen objekt bomo ogrevali ali hladili ter na kakšen način. Če želimo objekt ogrevati z visokotemperaturnim režimom 90/70 ali 75/65°C, potem lahko toplotno črpalko odpišemo. To so na primer starejši, energetsko potratni objekti, ki se ogrevajo z radiatorji in sicer praviloma z visokotemperaturnim režimom. Tudi na takih objektih je možna vgradnja toplotnih črpalk za ogrevanje, vendar ob pogoju predhodne sanacije stavbe – bodisi vgradnje nizkotemperaturnih ogreval bodisi sanacije toplotnega ovoja stavbe ali pa oboje hkrati. Sanacija ogrevalnega sistema stavbe mora biti taka, da dejansko dosežemo možnost uporabe nizkotemperaturnega režima ogrevanja. Najbolj znan primer nizkotemperaturnega sistema ogrevanja je talno ogrevanje, kjer temperature ogrevne vode praviloma niso večje od +30°C oziroma nikoli večje od +40°C. Tak režim je idealen za uporabo toplotnih črpalk. Toplotne črpalke namreč delujejo mnogo bolj energetsko varčno (= porabijo manj električne energije pri enaki proizvedeni toplotni energiji) pri nizkih temperaturah ogrevne vode.

Toplotnih črpalk nikoli ne kupujemo na osnovi podatka o maksimalni toplotni moči. Ta podatek nam o toplotni črpalki ne pove nič ! Pri izbiri toplotne črpalke moramo predhodno obvezno pridobiti vse potrebne karakteristike toplotne črpalke, predvsem pa naslednji dve karakteristiki:

• Karakteristiko toplotne moči črpalke v odvisnosti od zunanje temperature,
• Karakteristiko grelnega števila v odvisnosti od zunanje temperature.

Napraviti je potrebno izračun ali pa pridobiti podatek iz karakteristike (krivulje), kakšno toplotno moč nam toplotna črpalka daje pri projektni zunanji temperaturi, ki na primer za Ljubljano znaša -13°C, za Portorož pa -7°C. Naslednji obvezen podatek je vrednost grelnega števila (COP) pri projektni zunanji temperaturi. Če je ta vrednost manjša od 2 ali celo blizu 1, potem je taka toplotna črpalka za ogrevanje pri zunanjih zimskih temperaturah povsem neuporabna oziroma je skoraj enako kot bi ogrevali neposredno z električno energijo, po pa je nevzdržno potratno in izredno drago.

• Pri izbiri toplotne črpalke je potrebno pridobiti podatek o delovanju pod projektno zunanjo temperaturo – proizvajalec mora dati garancijo delovanja (oziroma mora biti to navedeno v specifikacijah) do neke minimalne zunanje temperature, ki je nižja od projektne zunanje temperature, na primer do -20°C za Ljubljano.
• Pri vgradnji toplotne črpalke moramo vnaprej vedeti, ali bo toplotna črpalka edini vir ogrevanja ali bomo imeli še kakšen rezervni vir ogrevanja.
• Podatek toplotne črpalke, ki ga moramo obvezno upoštevati in preveriti, je tudi maksimalno število vklopov in izklopov na časovno enoto. Če toplotno črpalko nepravilno namestimo, se bo izredno hitro pokvarila. Tudi po popravilu bo zopet enako hitro ali še hitreje pokvarjena. Namestitev mora preveriti praviloma projektant, ki na osnovi hidravlične sheme in podatkov o sestavnih delih toplotne črpalke preveri ustreznost delovanja.
• Vedeti je potrebno tudi, da zaradi zamrznitve prenosnikov toplote, ki so zunaj objekta, toplotna črpalka v tem času potrebuje cikle odmrzovanja. V ciklu odmrzovanja pa ne more ogrevati objekta. To lahko traja od nekaj minut, nekaj ur ali celo mnogo več. Take težave so najbolj pogoste in najdaljše v vlažnih področjih (bližina barja, jezera, morja). Težave zaradi nedopustno dolgih ciklov odmrzovanja se običajno začnejo pojavljati pri relativno visokih zunanjih temperaturah, na primer pri +5°C. Cikle odmrzovanja potrebujejo vse toplotne črpalke z zunanjimi enotami. Pri tem so mišljene toplotne črpalke zrak / voda. Toplotne črpalke zrak/voda za ogrevanje objektov brez zunanjih enot ne obstajajo. Cikli odmrzovanja pri toplotni črpalki, če niso ustrezno rešeni, so še posebej problematični pri toplotnih črpalkah, vezanih na ogrevanje klimatov. Prenehanje delovanja ogrevanja v takem primeru občutimo hipoma kot pihanje mrzlega zraka sredi zime v notranje prostore zgradbe.
• Iz navedenih razlogov, predvsem pa zaradi ciklov odmrzovanja moramo preventivno pri načrtovanju ogrevalnega sistema s toplotno črpalko poskrbeti za delovanje ogrevanja tudi pri izpadu toplotne črpalke. To lahko storimo na več načinov. Poskrbimo za rezervni vir ogrevanja z elektro grelniki – taka rešitev je primerna za kratkotrajne izpade. Pri daljših izpadih pa elektro grelniki niso primerni zaradi visoke cene električne energije, previsoke za neposredno ogrevanje. Možnih dodatnih virov ogrevanja je več: plinski grelniki, oljni grelniki, kotli na biomaso in še kaj.
• Pogosto oziroma praktično vedno je potrebno k toplotni črpalki dodati hranilnik toplote, ki vrača in oddaja toploto v ciklih odmrzovanja. To nam takoj poveča vrednost investicije v toplotno črpalko. Prav tako moramo zagotoviti oziroma napolniti vse zunanje enote in pri toplotnih črpalkah za zunanjo postavitev posledično tudi notranje cevne inštalacije s protizmrzovalno tekočino, kar nam še dodatno poveča vrednost investicije. Pri polnitvi s protizmrzovalno tekočino je potrebno upoštevati tudi vsebnost hranilnika toplote. Polnitvi hranilnika toplote s protizmrzovalno tekočino se lahko sicer izognemo, vendar za to potrebujemo dodatni prenosnik toplote in dodatno obtočno črpalko, kar nam zopet poveča vrednost investicije, pa še zniža nam temperaturo ogrevne vode.

Na splošno je težko reči, za koliko se nam zaradi dodatnih strojnih elementov in inštalacij končna cena montaže poveča glede na nakupno ceno toplotne črpalke, vendar je to število lahko tudi več kot za dva krat.

Za konec naj kot zanimivost med toplotnimi črpalkami omenim še štiri-cevne toplotne črpalke. Te delujejo po principu hkratnega ogrevanja in hlajenja, pri čemer odpadno toploto pri proizvodnji hladu izkoriščamo za ogrevanje. Tudi na splošno pri procesih ogrevanja in hlajenja povsod tam, kjer je to možno in smiselno skušamo izkoristiti odpadno toplotno energijo. Pri štiri-cevni toplotni črpalki imamo to prednost, da ne potrebujemo nobenih dodatnih strojnih elementov in inštalacij za izkoriščanje odpadne toplote – za to poskrbi že toplotna črpalka sama. Vendar pa štiri-cevna toplotna črpalka pri v poštev le v primerih ko istočasno potrebujemo hlajenje in gretje.

6.12.2017, projektant Dušan Škerlj
info@soncna-ledina.si