Toplinske pumpe – energetska učinkovitost u kućanstvu

Facebooktwittergoogle_plusredditpinterestlinkedinmail

toplinske pumpe

Ovo je prvi u nizu članaka kako unaprijediti energetsku učinkovitost u kućanstvu i ostvariti bolji energetski razred u energetskom certifikatu Vaše nekretnine. Energetski certifikati već su počeli ostvarivati svoju svrhu i određenim nekretninama na tržištu su podigli cijenu zbog povoljnijeg energetskog razreda, dok su drugima srušili.

Na zagrijavanje prostora otpada najviše troškova u kućanstvu, što zbog toplinskih gubitaka, što zbog veličine prostora. Kao i električna energija koja se dobiva iz vjetra i sunca, toplinska energija također spada u obnovljive izvore koje možemo dobiti iz svog okoliša, a za razliku od sunca i vjetra dostupna je bez prekida, neovisno o vremenskim uvjetima. Toplinska pumpa može, bez dodatnih izvora energije, pokriti potrebe grijanja jednog kućanstva.

Kako bi se postigla što veća energetska učinkovitost novogradnje u Švicarskoj svaka treća novogradnja se oprema nekom od tipova toplinskih pumpi, u Njemačkoj i na Islandu taj udio je oko 25%, dok je u Švedskoj čak 70%. Takav trend prati i razvoj tehnologije koja svoj prvi skok bilježi 80-ih godina. Danas je toplinska pumpa pouzdan, ekonomičkan i ekološki sustav grijanja sa tendencijom da postane vodeći način grijanja i hlađenja u budućnosti.

Princip rada toplinske pumpe za grijanje

Toplinske pumpe omogućavaju prijenost toplinske energije iz sustava niže temperature (npr. zemlja, voda, zrak) u sustav više toplinske energije (centralno grijanje ili grijanje potrošne tople vode). U svom procesu pumpa koristi dodatnu energiju (električnu za pogon kompresora). Princip rada je jednostavan i već ga koristite – može se usporediti s kućanskim hladnjakom – dok on odvodi toplinu iz prostora u okolinu, pumpa toplinu iz okoline odvodi u prostor.

Energija okoline prenosi se radnim medijem do kompresora gdje mu se povećava tlak i temperatura. Zagrijani medij putem kondenzatora i izmjenjivača unutar kondenzatora predaje toplinu dalje (npr. zagrijava vodu). Nakon toga radni medij preko ekspanzijskog ventila se vraća u isparivač i hladi. Ovo čini kružni proces isparavanje-kompresija-kondenzacija-ekspanzija koji se stalno ponavlja.

Djelotvornost toplinske pumpe opisuje se COP koeficijentom (coefficient of performance – faktor grijanja) koji opisuje omjer dobivene (toplinske) energije i uložene (električne) energije. Na primjer, pumpe sa koeficijentom COP 4 daju 4 kWh energije za svaki kWh uložene energije. Toplinske pumpe na električni pogon dobivaju otprilike 3/4 energije iz okoline, a ostalih 1/4 čini uložena električna energija. Znači, COP 4 sa 4 kWh dobivene energije 1 kWh čini električna energija, a 3 kWh toplinska energija okoline.

Izvori topline

Izvori topline za toplinske pumpe mogu biti zemlja i voda, a u nekim slučajevima i zrak. Za izvor topline važno je da mu je temperatura što ujednačenija tokom cijele godine što se postiže ukapanjem sondi ili kolektora na određenu dubinu u zemlju, odnosno postavljanjem na određenu dubinu u vodu.

Zemljani kolektori

Zemlja je dobar spremnik topline pošto je temperatura na već manjim dubinama od 2 m je relativno konstantna, između 7 i 13 °C. Količina topline koja se može iskoristiti ovisi o termofizikalnim svojstvima tla (mineralnom sastavu, udjelu vode i udjelu zrakom ispunjenih pora). Bolja su tla obogaćena vodom i mineralima, sa što manjom poroznosti.

Toplina se odvodi preko sustava plastičnih cijevi položenih na dubinu od 1,2 do 1,5 metara u sekcijama do najviše 100 m duljine kako bi se smanjio gubitak tlaka i opterećenje protočne pumpe. Kroz cijevi cirkulira otopina natrijevih ili kalcijevih soli u vodi koja snižava točku ledišta vode i djeluje antikorozivno na sistem koja iz zemlje uzima akumuliranu tolinu i predaje je tolinskoj pumpi.

Zemljane sonde

Zemljane sonde polažu se na znatno veće dubine, ali zahtijevaju i znatno manju površinu za funkcioniranje. Nakon geološkiih ispitivanja buše se rupe određenog promjera i dubine u koje se umeću sonde. Sonde koriste rasolinu kao medij kako bi se uklonila mogućnost smrzavanja.

Voda kao izvor topline

U zimskim uvjetima podzemne vode mogu zadržavati temperaturu od 7 do 12 °C, a površinskih (rijeka i jezera) iznose najmanje 4°C na dnu. Iz tog razloga toplinske pumpe voda-voda imaju vrlo povoljan COP faktor tokom cijele godine.

Za korištenje podzemne vode kao toplinskog izvora treba izbušiti dvije bušotine na udaljenosti od  najmanje 15m u smjeru toka vode. Minimalni protok vode iznosi 2m³/h (postiže se na 5m dubine), što ovisi o hidrogeološkim značajkama.

Podzemna voda uzima se u eksploatacijskom bunaru i transportira do isparivača TP voda-voda. Nakon toga se ohlađena voda odvodi u bunar za vraćanje vode. Proizvođači TP preporučuju uporabu izmjenjivača topline međukruga jer su visokoučinkoviti pločasti izmjenjivači topline unutar TP osjetljivi na promjenjivu kvalitetu vode (pijesak, nečistoće, kamenac i sl.). Prijenos topline između izmjenjivača međukuga i toplinske pumpe odvija se putem rasoline.

Za sve toplinske pumpe vrijedi isto pravilo: što je manja temperaturna razlika između ogrijevne vode i topline iz okoliša to je veća djelotvornost. Zbog toga su TP posebno prikladne za:

  • Niskoenergetske sustave grijanja, kao što je podno grijanje, s maksimalnom temperaturom do 38°C
  • Niskoenergetske kuće u kojima se preferira ugradnja kompaktnih centrala za grijanje i PTV
  • Pasivne kuće u kojima se zbog nepropusne izvedbe konstrukcije zgrade preferira ugradnja TP otpadni zrak-voda kombinirane sa sustavima za rekuperaciju zraka uz pripremu PTV
  • U kombinaciji s drugim obnovljivim izvorima energije poput drva ili sunca za periode kada TP nije dovoljno efikasna

Izvor: Eko-plus.hr: Toplinske pumpe.