Toplinske pumpe - besplatno grijanje iz okoline

Sunce kao neiscrpni izvor energije istu nam daje kao svoju blagodat bez koje je nezamisliv opstanak živih bića na Zemlji. Energija je svuda oko nas: u zemlji, vodi, zraku ali joj se još uvijek ne pridaje primjerena važnost.

Razlog tome je pogrešno uvjerenje da se ona nalazi na niskoj energetsko-temperaturnoj razini koja je nedostatna za ispunjenje osnovnih ljudskih potreba za grijanjem, dobivanjem el. energije i sl. Toplinske pumpe (toplinske crpke, dizalice topline) su termotehnički uređaji koji upravo imaju sposobnost da energiju okoline niže temperaturne razine dižu na višu koja je prikladna , između ostaloga u sustavu grijanja objekta. Pri toj transformaciji potreban je jedan manji oblik dodatnog rada, najčešće u obliku el. energije.

Od izvora topline u okolini toplinske pumpe najčešće koriste okolni zrak, podzemne vode i zemlju. Energija zemlje može se koristiti kroz dva sustava: zemljanog kolektora ili zemljanih sondi (vidi izvori topline).

Toplinska pumpa je po svojim osnovnim karakteristikama nalik kuhinjskom hladnjaku ali je njen princip rada obrnut od onoga za hladnjak. Osnovni dijelovi toplinske pumpe su: isparivač, kondenzator, kompresor, ekspanzijski ventil.

Princip rada

Kuhinjskog hladnjaka

 

Toplinske pumpe

     

Toplina se oduzima namirnicama i predaje se okolini kroz "rešetkasti radijator" koji se nalazi na stražnjem dijelu hladnjaka,
Namirnice se nalaze na nižoj temperaturnoj razini a okolina na višoj (grije se). Za ovakvo stanje potrebna je el. energija za pogon kompresora.

U unutrašnjosti hladnjaka u njegovom tzv. radnom krugu nalazi se radna tvar (često nazivana freon) koja se kompresorom tlači na viši pritisak. Stlaćena radna tvar u parovitom obliku dolazi do "rešetkastog radijatora" na stražnjem dijelu hladnjaka koji je hlađen prirodnom strujom zraka. U tom "radijatoru" (stručnog naziva - kondenzator) radna tvar se hladi i kondenzira, a s druge strane kondenzatora okolni zrak se grije.
Tekućoj radnoj tvari se kroz termoekspanzijski ventil smanjuje pritisak i temperatura. Rashlađena radna tvar (temp. manja od 0ºC) dolazi u isparivač - prostor hladnjaka gdje se nalaze namirnice. U isparivaču radna tvar se grije i pretvara u paru, a s druge strane isparivača namirnice se hlade. Radna tvar ponovno dolazi do kompresora i pustupak se ponavlja.

  

Oduzima se toplina iz okoline (zraka, zemlje, vode) i predaje se radijatoru - za grijanje prostora.

Radijator se nalazi na višoj temp. razini a okolina na nižoj (hladi se).

U radnom krugu toplinske pumpe radna tvar kompresorom se tlači na viši pritisak. Stlačena radna tvar u parovitom obliku dolazi do kondenzatora - pločastog izmjenjivača topline gdje se hladi i kondenzira uslijed cirkulacije ogrjevne vode. Ogrjevna voda se pritom zagrijava.

Tekućoj radnoj tvari se kroz termoekspanzijski ventil smanjuje pritisak i temperatura. Rashlađena radna tvar (temp. manja od 0ºC) dolazi u isparivač gdje se zagrijava uslijed cirkulacije npr. podzemne vode koja ima temperaturu 10ºC. Grijanjem se radna tvar pretvara u paru, a podzemna voda se hladi.


Radnu tvar u parovitom obliku tlači kompresor i postupak se dalje ponavlja.



Primjena

Toplinska pumpa koja iz okoline uzima toplinu za grijanje (npr. kuće) treba za pogon struju iz el. mreže (najčešće 380 V).

No, ono što je najizraženija prednost primjene toplinske pumpe u odnosu na klasična rješenja sustava grijanja, na svaki utrošeni kilovat električne energije toplinska pumpa proizvede 2, 3 ili čak 4 puta više besplatne toplinske energije što ovakvo grijanje čini vrlo isplativim.



Kakav će biti ovaj omjer, između ostaloga, ovisi o: izvoru topline iz okoline, radnoj temperaturi i kvaliteti toplinske pumpe.

Za izvor topline traži se da tijekom godine tj. sezone korištenja toplinske pumpe ima što višu temperaturu konstantne vrijednosti. Npr. voda temp. 12ºC bolja je od vode 9ºC, voda temp. 10ºC bolja je od zemlje 5ºC, otpadni zrak iz nekog teh. procesa konst. temperature bolji je od okolnog zraka promjenjive vrijednosti temperature. Što je viša temperatura izvora to će toplinska pumpa koristiti manje el. energije.
Koji će se izvor (zemlja, zrak, voda) upotrijebiti ovisit će o njegovoj trajnoj raspoloživosti, tehničkim mogućnostima korištenja, nastalim troškovima njegove primjene i sl.

Kada se govori o radnoj temperaturi toplinske pumpe pri tome se misli na npr. polaznu temperaturu ogrjevne vode za sustav grijanja. Ako toplinska pumpa mora raditi sa što višom izlaznom temperaturom to će trošiti i više električne energije.
Toplinske pumpe za razliku od npr. kotlova ne mogu dati prevelike izlazne temperature. One se kreću do max 55-65ºC ovisno o tipu pumpe.

Temperatura ogrjevne vode za sustav grijanja opčenito ovisi o temperaturi okolnog zraka. Što je vani hladnije potrebno je s većom temperaturom ići u ogrjevna tijela i obrnuto. Međutim promatrajući jednu sezonu grijanja, zahtjevi za visokim temperaturama zapravo su vrlo rijetki tako da toplinska pumpa dosta svoga radnog vremena provede u tzv. niskotemperaturnom režimu što je sa stanovišta troškova povoljno. Ako je sustav grijanja izveden tako da i kod najhladnijih dana polazna temp. za ogrjevna tijela nije veća od 55ºC (ovo je max. temp. topl. pumpe) tada toplinska pumpa može pokriti ukupne potrebe za toplinom, npr. sustav sa podnim grijanjem.

Kod zahtjeva za temperaturama višim od 55ºC (radijatorski sustav) toplinsku pumpu potrebno je kombinirati sa dodatnim proizvođačem topline (kotlom, zidnim plinskim uređajem, dodatnim el.grijačem i sl). U ovoj kombinaciji npr. kotao ispunjava vršne potrebe za toplinom a toplinska pumpa je opet glavni proizvođač topline a ujedno i najveći "štediša" osnovnog pogonskog enegenta.

Osim za grijanje prostora, toplinske pumpe koriste se i za pripremu sanitarne vode. Sanitarna voda priprema se u akumulacijskim spremnicima (slično kao i kod kotlova) koji su ipak nešto većeg volumena i veće površine ogrjevne sprirale. Ovo je iz razloga kako ne bi dolazilo do tzv. "taktiranja" kompresora, odnosno prećestog uključivanja/isključivanja. Spremnci su nešto većeg volumena i iz razloga što se sanitarna voda priprema u tzv. noćnom režimu dok je povoljnija el. struja u količini ukupne dnevne potrošnje.

Da li se toplinska pumpa, osim za grijanje, može u ljetnim mjesecima koristiti i za hlađenje prostora ?(vidi hlađenje s toplinskim pumpama). Tehnički gledano, da. Međutim stvari nisu baš tako jednostavne. Hlađenje bi bio obrtnuti postupak rada toplinske pumpe - princip rada kuhinjskog hladnjaka ili svima poznatog klima uređaja. Ali, toplinska pumpa je konstruirana tako da daje svoju najveću efikasnost na - grijanju, a ne hlađenju. Ovakav kombinirani uređaj ne daje istovjetni maksimum u dva potpuno suprotna načina rada. Sa stanovišta tehničke optimalnosti najbolji su tzv. odvojeni sustavi.

Toplinska pumpa daje svoj maksimum na grijanju, a hlađenje se rješava drugim termo-tehničkim uređajem koji se naziva "chiller" koji je također maksimalno učinkovit - na hlađenju. Ili još malo jasnije: zamislite si kotao za centralno koji je konstruiran za loženje na drva. Ako bi iz takvog kotla htjeli napraviti "kombinirani kotao" na način da mu prigradite uljni plamenik, da li bi takav kotao trošio isto ulja kao i susjedni kotao koji je konstruiran isključivo za tekuća goriva ?. Ne. Potrošnja kombiniranog kotla bila bi i do 20 % veća.

Toplinska pumpa nema "nus-produkte" svoga rada i time je ekološki u potpunosti prihvatljiva. Ne traži dimnjak. Iako je po mjerama i načinu rada vrlo slična kuhinjskom hladnjaku ipak se ne postavlja u kuhinju već u toplinsku stanicu gdje će biti okružena ostalim hidrauličkim elementima sustava, ventilima, spremnicima topline, cirkulacijskim pumpama, cjevovodom i sl.

Poput hladnjaka ne traži skoro nikakvo održavanja. Više se vremene potroši na održavanje ostalih komponenata sustava grijanja nego na samu toplinsku pumpu.
Toplinske pumpe mogu se bez nekih većih problema kombinirati sa ostalim sustavima s obnovljivim izvorima energije, sunčevim kolektorima, kotlom na drva ali i sa standardnim uljno/plinskim ili električnim kotlovima

Troškovi - investicijski troškovi kao i period povrata investicije primjenom toplinskih pumpi ovisni su o mnogo faktora. Cijena toplinskih pumpi (samo uređaj) za jednoobiteljske stambene objekte kreće se u rasponu od 5 000 - 10 000 &euro što ovisi o potrebnoj snazi pumpe odnosno toplinskim gubicima objekta ali i o samom tipu pumpe. Ostali troškovi mogu se također razlikovati u radovima i opremi koji se odnose na izbor primarnog izvora topline (zrak, voda, tlo). Cijene sustava s toplinskim pumpama u Hrvatskoj su na žalost još uvijek jako visoke. Razloga ima više a oni najizraženiji su: nedostatak državnih poticaja za primjenu obnovljivih izvora energije, relativno visoke cijene uređaja i radova koje su rezultat malog broja proizvođača toplinskih pumpi i educiranih izvođača radova. U razvijenim zemljama Europe obnovljivi izvori energije zauzimaju značajno mjesto u energetskoj politici.

Za očekivati je da će isto dogoditi i kod nas kod pridruživanja Hrvatske Europskoj uniji.
Do tada, štednja energije i zaštita okoliša primjenom obnovljivih izvora energiji ostaje na razini razvijenosti naše savjesti i na našim financijskim mogućnostima.


     
 

 

pročitajte i ostale članke na temu toplinske pumpe

izvori topline   izvori topline
zemljane pumpe   zemlja
zračne pumpe   zrak
vodene pumpe   voda
hlađenje   hlađenje
online proračuni   online proračuni
pitanja i odgovori   pitanja i odgovori
download   download

 

MC Solar - specijalizirana tvrtka za primjenu obnovljivih izvora energije i naprednih tehnologija

Zadvorska 19
10 020 Zagreb
Tel: 01/ 6537 960
Fax: 01/ 6537 960
Mob: 091/ 9174 747
mail: info@mcsolar.hr

Vaše ime i prezime:


Vaš e-mail:

Vaš broj telefona:

Pitanja, komentari....




nakon što upišete svoje podatke kliknite na gumb "pošalji",