Zrak kot vir toplote

Učinkovite toplotne črpalke zrak voda dosegajo visoka grelna števila in nudijo široke možnosti postavitve. Ob tem pa je njihova instalacija tudi stroškovno ugodna. Naslednji članek predstavlja prednosti teh toplotnih črpalk in podrobnosti, na katere moramo biti pozorni.

Učinkovite električne toplotne črpalke lahko pri novogradnji in pri posodobitvi obstoječega ogrevalnega sistema veliko doprinesejo k varčevanju z energijo in zaščiti podnebja. Velik delež energije, ki jo potrebujejo za proizvajanje toplote dobijo iz narave – iz okoljskega zraka. Le majhen delež se jim mora dovajati v obliki električne energije.

Glede na izbran vir toplote in temperaturo ogrevalnega sistema dosegajo sodobne toplotne črpalke grelna števila med 3,5 in 5,5. To pomeni, da na kilovatno uro dovajane električne energije proizvedejo 3,5 do 5,5 kilovatnih ur toplote. Toplotne črpalke zrak/voda koristijo vir toplote, ki ga je najlažje zajeti – zunanji zrak.

Zunanji zrak kot vir toplote

Za zajemanje zraka kot vira toplote niso potrebna obsežna zemeljska dela in velika zemljišča za zemeljske kolektorje ali vrtanje izvrtine za vstavljanje zemeljskih sond. Pri toplotnih črpalkah zrak/voda, ki so postavljene znotraj zgradbe, se morajo instalirati le kanali za zrak. Stroškovno še ugodnejša je instalacija, če se toplotna črpalka postavi na prostem. Kanali za zrak niso potrebni, v zgradbo se morajo speljati le vodi ogrevalnega vtoka in povratka ter električni vodniki.

Zaradi nižjih stroškov se pri posodabljanju obstoječih sistemov daje prednost toplotnim črpalkam za postavitev na prostem, ker pa pri nižjih zunanjih temperaturah pada zmogljivost običajnih toplotnih črpalk zrak/voda, ob posebno hladnih dnevih konično breme pokriva ogrevalni kotel. Toplotne črpalke zrak/voda se zato pri posodabljanju obstoječega sistema pogosto kombinirajo z že obstoječim oljnim/plinskim kotlom v bivalentni sistem.

Izkušnje iz klimatizacije

Relativno nova varianta toplotne črpalke zrak/voda je split izvedba. Ta vrsta konstrukcije se že mnogo let uporablja pri deljenih klimatizacijskih napravah in je pokazala svoje prednosti.

Pri deljenih toplotnih črpalkah, ki so zgrajene po principu deljenih klimatskih naprav, se krožni proces toplotne črpalke razdeli – na del na prostem in del v zgradbi. Zunanja enota vsebuje uparilnik, ventilator, kompresor in ekspanzijski ventil. Notranja enota v glavnem vsebuje kondenzator, tripotni preklopni ventil, črpalko ogrevalnega krogotoka, raztezno posodo in regulacijo. Zunanja in notranja enota sta med seboj povezani z vodi hladilnega sredstva.

Deljen način izvedbe toplotnih črpalk nudi več prednosti:

1. Notranja enota ima približno mere stenskega kotla. To omogoča preprosto namestitev in potrebuje le malo prostora.
2. Ker so razen črpalke ogrevalnega krogotoka vse mehansko delujoče komponente nameščene v zunanji enoti, je notranja enota zelo tiha.
3. Komponente v zunanji enoti (ventilator, uparjalnik, kompresor) so prevzete od deljenih klimatskih naprav in so optimirane za težišče uporabe »ogrevanje«.
4. Toplotne črpalke deljene izvedbe, ki so v hladilnem krogotoku opremljene s štiripotnim ventilom in biflow ekspanzijskim ventilom, se lahko uporabljajo tudi za hlajenje zgradbe s talnim ogrevanjem ali ventilatorskimi konvektorji.

Toplotna črpalka s COP vrednostjo  do 4,6

Za visoko učinkovitost so Viessmannove toplotne črpalke Vitocal 200-S opremljene z invertersko krmiljenim kompresorjem z rotacijskim batom. Z elektronskim spreminjanjem frekvence toka se kompresor avtomatsko in zvezno prilagaja trenutno potrebni moči.  V primerjavi s kompresorji s konstantnim številom vrtljajev, inverterska tehnika omogoča posebej učinkovito obratovanje tudi v delnem bremenu.

Učinkovitost toplotne črpalke Vitocal 200-S se dodatno poveča z elektronskim ekspanzijskim ventilom, ki  proporcionalno regulira masni pretok hladilnega sredstva in skrbi za konstantno temperaturo na izstopu iz uparilnika, oz. enakomerno pregrevanje hladilnega sredstva, neodvisno od obratovalnega stanja toplotne črpalke. Tako lahko kompresor obratuje vedno z najvišjim izkoristkom. Vitocal 200-S (ogrevalna moč 4,5 do 14,6 kW) zato dosega visoko COP vrednost (koeficient učinkovitosti) po EN 14511, do 4,6 (A 7°C/W 35°C). Maksimalna temperatura vtoka znaša 55°C pri zunanji temperaturi – 15°C.

Vitocal 200-S se dobavlja tudi v varianti za reverzibilno obratovanje. Ob vročih poletnih dneh se ta varianta lahko uporabi za hlajenje prostorov.

Postavitev

Zunanje enote toplotne črpalke deljene izvedbe so predvidene za trajno obratovanje na prostem. Izdelane so iz materialov odpornih proti vremenskim vplivom in koroziji. Zunanja enota se lahko namesti na tla, na ravno streho ali pritrdi na zunanjo steno.

Postaviti se mora tako, da je zagotovljen prost dotok in odtok zraka. Zunanje enote oddajajo le nizke zvočne emisije. Kljub temu je potrebno zaradi tvorbe hrupa pri mestu postavitve upoštevati nekaj pogojev:

1. Zunanje enote ni priporočljivo postaviti neposredno ob spalne prostore ali ob okna.
2. Neugodni pogoji okolice lahko povečajo nivo hrupnosti, zato naj se zunanje enote ne postavi v kotih, nišah ali med nasproti ležečimi zidovi (odboji).
3. Pri speljavah cevi skozi stropove in stene se mora preprečiti prenos zvoka v telesu.

Povzetek

Učinkovite toplotne črpalke zrak/voda pri novogradnji in pri posodobitvi obstoječih sistemov pomembno doprinesejo k varčevanju z energijo in varovanju podnebja. Sodobne toplotne črpalke zrak/voda deljene izvedbe dosegajo visoka grelna števila do 4,6. Razen tega nudijo prednost privlačnih nabavnih stroškov. S tem so dani dobri pogoji, da je zanimiva za uporabnike, katerih proračun je bil dosedaj glede toplotnih črpalk relativno omejen.

Slika 1 – Notranja enota s komponentami, ki so potrebne za prenos toplote na ogrevalni sistem Slika 2 – Zunanja enota toplotne črpalke zrak/voda deljene izvedbe
A  Dovajanje toplote (zunanji zrak) B  Ohlajen zrak C  Zunanja enota D  Uparjalnik E  Ventilator F  Kompresor G  Notranja enota H  Kondenzator I   Oddajanje toplote ogrevalnemu sistemu J  Ekspanzijski ventil