Kako deluje toplotna črpalka voda voda in zrak voda?

 In Energetska učinkovitost, Obnovljivi vir energije, Obnovljivi viri, plitva geotermalna energija, Strojne instalacije, Toplotna črpalka, Učinkovita raba energije

Prejšnji mesec smo v prvem članku serije o izrabi plitve geotermalne energije spoznali, kaj točno je plitva geotermalna energija in zakaj se jo splača uporabiti.

Tokrat si bomo ogledali, kako delujejo toplotne črpalke in raziskali ali je bolj primerna izbira toplotna črpalka zrak voda ali toplotna črpalka voda voda.

Kako deluje toplotna črpalka?

Vsaka toplotna črpalka je v osnovi sestavljena iz treh glavnih delov:

  • Zbiralnikov oz. toplotni menjalniki, ki s pomočjo prevodnega medija pridobivajo energijo iz vira energije – bodisi zraka, vode ali zemljine skorje.
  • Toplotne črpalke oz. hibridnega sistema, kamor zbiralniki pošljejo medij in kjer se njegova energija pretvori v uporabno energijo, ki segreje ali hladi stavbo.
  • Distribucijski sistem, ki skrbi, da se stavba enakomerno greje ali hladi.

 

Drugi zakon termodinamike pravi, da toplota prehaja s toplejšega v hladnejšo območje. To v teoriji pomeni, da bi pozimi stavbo lahko ogreli le s sistemom, ki bi omogočil prehajanje toplote, saj sta podtalnica in zemljina skorja toplejši od zimskih temperatur. A v praksi postopek seveda ni tako preprost, saj želimo bivalne prostore ogreti na višjo temperaturo od 10 do 13 °C, kar lahko zagotovita omenjena vira.

Kako torej hišo ogrejemo na 21 ºC, toploto pa črpamo iz vira, ki ima 10 ºC? V tem primeru je toplotnemu viru potrebno malce pomagati. Toplotne črpalke to najpogosteje storijo s kompresijo.

Kompresija pomeni stiskanje plina, termodinamika pa nam pove, da se plin segreje, ko ga stisnemo in mu s tem zmanjšamo prostornino.

V kompresijskih toplotnih črpalkah ima zato medij, ki izpari že pri nizkih temperaturah. Ko se v toplotnih menjalnikih segreje, spremeni agregatno stanje in do kompresorja pride kot plin, ne kot tekočina. Kompresor ga tam stisne in posledično segreje do želene temperature. Topel oz. vroč plin nato odda toploto v ogrevalni sistem. Z odvzemom toplote se medij postopoma kondenzira in spremeni agregatno stanje nazaj v tekočino. V toplotni menjalnik vstopi skozi ekspanzijski ventil, ki zniža tlak hladiva in s tem omogoči vrenje hladiva ter hlajenje tekočine. Ta je tako pripravljena, da ponovi ogrevalni krog in je poslana nazaj pod zemljo.

Kako deluje toplotna črpalka voda voda in toplotna črpalka zrak voda - Menerga - Rewatemp

Za čim boljšo energetsko učinkovitost je seveda potrebno čim bolj znižati količino zunanje energije, ki je potrebna za kompresijo ali kakšno drugo metodo segrevanja, ki jo uporabljajo črpalke. 

Učinkovitost črpalke je v veliki meri odvisna od vira toplote. Kot bomo videli, so toplotne črpalke, ki toploto črpajo iz zraka načeloma najmanj učinkovite, sledijo jim črpalke, ki črpajo iz zemljine skorje, najučinkovitejše pa so črpalke, ki za vir toplote uporabljajo vodo.

A preden preidemo na toplotni črpalki zrak voda in voda voda, si na hitro oglejmo še hibridne naprave, ki so vse bolj popularna rešitev na trgu energetsko učinkovitih hladilnih in ogrevalnih sistemov.

Kako se hibridne naprave naprave razlikujejo od toplotnih črpalk?

Hibridne naprave lahko grejejo in hladijo sočasno, saj sta v napravi združena toplotna črpalka in hladilni agregat. Zaradi tega naprave, kot je RewaTemp, omogočajo optimalno sočasno proizvodnjo toplotne in hladilne energije s pomočjo obnovljivih virov energije.

Prednosti takšnih naprav so sledeče:

  • Istočasno proizvajanje ogrevalnega in hladilnega medija ter zagotavljanje znižanja potrebne vložene energije.
  • Dejansko paralelno delovanje – brez preklopa med hladilnim in ogrevalnim režimom, kakor to počnejo reverzibilne toplotne črpalke. Takšno delovanje zagotavlja minimalno porabo energije za obratovanje.
  • Optimalno samodejno prilagajanje potrebam po hladilni in toplotni energiji stavbe, ki je mogoče s pomočjo zvezne regulacije.

Integracija hladilnega agregata, toplotne črpalke in sistema za dogrevanje sanitarne vode v eni napravi zagotavlja minimalno električno priključno moč v zgradbi.

Kako deluje toplotna črpalka zrak voda?

Tovrstne toplotne črpalke kot vir toplote uporabljajo zunanji zrak. Postopek delovanja je večinoma podoben zgornjemu opisu kompresorske toplotne črpalke, le da transportni medij oz. hladivo segreje zrak in ne voda ali zemljina skorja. V primeru hlajenja je proces obraten, saj transportni medij odvzame toploto zraku znotraj stavbe in jo spusti v zrak zunaj stavbe ter s tem hladi notranje prostore.

Toplotna črpalka zrak voda se običajno uporablja za nizkotemperaturno ogrevanje z grelnimi ploščami ali radiatorji. Na učinkovitost teh toplotnih črpalk zelo vpliva temperatura ogrevalne vode, ki jo želimo doseči, saj so v zimskem času precej energetsko neučinkovite pri segrevanju vode do visokih temperatur.

Morda se sprašujete, kako lahko toplotne črpalke, ki kot vir toplote uporabljajo zrak, grejejo tudi pozimi. 

Vedeti je treba, da zrak tudi pri temperaturah pod ničlo vsebuje nekaj toplote, ki je uporabna za toplotne črpalke. Tovrstne črpalke lahko zato grejejo tudi, ko je zunaj do -15 °C. Problem nastane, če temperatura pade pod -15 °C, saj takrat toplotna črpalka iz zraka ne prejme dovolj toplote in ni zmožna ogreti prostorov. 

Kljub temu, da je toplotna črpalka zrak voda sposobna gretja tudi, ko je temperatura pod 0 °C pa to ne pomeni, da so takrat energetsko učinkovite. Nasprotno. Pri temperaturah pod ničlo niso bistveno bolj učinkovite od običajnih grelnikov, zato niso dobra izbira za hladnejša okolja in višjo nadmorsko višino.

Kako deluje toplotna črpalka voda voda?

Toplotna črpalka voda voda in toplotna črpalka voda zrak za toplotni vir uporabljata vodo in njeno energijo. Vodni vir je lahko jezero, ribnik, reka, potok, vodnjak ali vrtina, ki sega do podtalnice. Zadnja je najpogostejši vir toplote, ko govorimo o toplotnih črpalkah, ki izkoriščajo plitvo geotermalno energijo.

Toplotna črpalka voda voda lahko vodo uporablja tudi kot medij, ki segreva stavbe. Energijo, ki jo pridobi iz vodnega vira pretvori v višjo temperaturo in jo nato pošlje v distribucijski sistem stavbe po katerem doseže radiatorje ali talno gretje.

Kot smo omenili v prvem članku o plitvi geotermalni energiji, je glavna prednost podtalnice njena konstantna temperatura, ki se giblje med 7 °C in 12 °C tudi v hladnih zimskih dneh. Ta stalnost temperature pomeni, da lahko toplotna črpalka uspešno greje stavbo tudi v najhladnejših dneh. Toplotna črpalka zrak-voda, tega ni vedno zmožna ali pa za primerno ogrevanje potroši ogromne količine energije.

Še ena velika prednost uporabe vodnega vira, sploh podtalnice, se pokaže poleti oz. v vročih dneh, ko lahko toplotna črpalka pasivno hladi stavbo. To je znano tudi kot naravno hlajenje, ki hladnejšo vodo spusti skozi hladilni sistem stavbe in jo s tem hladi.

Pri namestitvi toplotne črpalke voda-voda moramo biti pozorni, kakšen vodni vir izberemo. Površinski vodni viri namreč lahko zmrznejo, kar seveda onemogoči delovanje toplotne črpalke. Prav tako vodni vir ne sme biti premajhen, saj drugače delovanje črpalke preveč vpliva na njegovo temperaturo in postane energetsko neučinkovito. O izbiri primernega vodnega vira se zato vedno posvetujte s strokovnjaki, ki vam bodo namestili toplotno črpalko.

Zanimivi so tekoči vodni viri, kot sta reka in potok, ki so redkejša izbira, saj njihovo izbiro omejujeta lokacija in zakonodaja. Lahko so zelo energetsko učinkoviti, saj se voda neprestano menjuje in zunanja temperatura ali delovanje črpalke ne vplivata preveč na njeno temperaturo. Prav tako tekoč vodni vir pozimi precej težje v celoti zmrzne.

Tako, pa smo obdelali toplotne črpalke. Upamo, da ste izvedeli, kaj novega in sedaj bolje razumete osnove delovanja toplotnih črpalk, ki izkoriščajo zrak ali vodo. Naslednji članek v seriji o izrabi plitve geotermalne energije sledi naslednji mesec, ko se bomo posvetili delovanju in izbiri hladilnega agregata.

VAM JE BIL ČLANEK VŠEČ?

Prijavite se na naše novice in poskrbeli bomo, da boste izvedeli marsikaj zanimivega ter koristnega o obnovljivi energiji in trajnostni gradnji!

Recommended Posts
Stopite v stik z nami še danes!

Kontakt

Start typing and press Enter to search