Toplotne črpalke za obratovanje v visoko temperaturnih ogrevalnih sistemih

Shema tokov sodobne toplotne črpalke

Slika 1 prikazuje shemo tokov toplotne črpalke. Dodatni ploščni prenosnik (poz.TP3) izkorišča toploto uparjenega hladiva (odvzamemo približno 20 % moči), ki jo uporabimo za ogrevanje sanitarne vode na 65 do 75 °C.

Ko sanitarno vodo segrejemo na želeno temperaturo, lahko preko ustrezne regulacije (krmilnega ventila MPV2 - slika 2) dodatno pridobljeno toplotno moč uporabimo za ogrevanje objekta.

Viri toplote, toplotne in pogonske moči

Pri načrtovanju toplotne črpalke je vsekakor pomemben vir toplote. Grelno število toplotne črpalke je v veliki meri odvisno od temperature, pri kateri črpamo toploto. Pri tem je potrebno upoštevati temperaturni režim ogrevanja, letne energetske potrebe objekta, zahtevan odstotek kritja energetskih potreb objekta s toplotno črpalko, če je toplotna črpalka predvidena za novogradnjo ali obstoječi objekt.

Med najpogostejše vire sodijo zunanji zrak, površinske vode, podtalnica, zemlja ter energetske vrtine. Poleg omenjenih virov toplote lahko koristimo tudi odpadno toploto prezračevanja. Ta pride v poštev pri objektih s prisilnim prezračevanjem, kjer je lahko poraba energije za segrevanje svežega zraka tudi do 40 % skupne letne rabe energije. Z izrabo odpadne toplote prezračevanja mogoče doseč znatne prihranke. Odpadno toploto je možno uporabiti za segrevanje svežega vstopnega zraka, za segrevanje sanitarne vode in za ogrevanje objekta.

Toplotne črpalke nove generacije so znižale mejo delovanja do najnižjih temperatur zunanjega zraka celo do – 20 °C. Razmerje porabljene električne energije in pridobljene toplotne energije danes znaša 1 : 4 in več. Izkoriščanje toplote zunanjega zraka je primerno tako v objektih brez radiatorskega ogrevanja, torej pri ogrevanju z električno energijo, in v objektih, kjer želimo obdržati obstoječe visokotemperaturno ogrevanje (na primer režim 75/55 °C).

Temperatura predtoka ogrevne vode (slika 3) je odvisna od temperature zunanjega zraka. V primeru, da potrebujemo pri zunanji temperaturi -15 °C temperaturo predtoka 60°C ali več, koristimo za ogrevanje prostorov toplotno črpalko HT (65 do 75 °C).


V tabeli 1, 2 in 3 je prikazanih nekaj osnovnih parametrov sodobnih toplotnih črpalk zrak/voda, voda/voda in zemlja/voda.

Tabela 1: Osnovni parametri toplotne črpalke zrak/voda

Tabela 2: Osnovni parametri toplotne črpalke voda/voda

Tabela 3: Osnovni parametri toplotne črpalke zemlja/voda

Reverzibilna toplotna črpalka zrak/voda

Toplotna črpalka zrak/voda lahko služi tudi za hlajenje prostorov v poletnem času. V tem primeru grelna telesa ploskovnih ogrevanj koristimo za hlajenje prostorov (stenski, stropni, talni sistemi) ali hlajenje izvajamo s ventilatorskimi konvektorji. Na sliki 4 je prikazan delovni diagram ogrevanja in hlajena s toplotno črpalko zrak/voda.

Prednost hlajena s toplotno črpalko je tudi ta, da lahko koristimo odpadno toploto hladilnega sistema (gretje sanitarne vode, v bazenski tehniki).


V tabeli 4 so prikazani splošni podatki za sodobno reverzibilno toplotno črpalko.

Tabela 4: Reverzibilna toplotna črpalka zrak/voda

Zaključek

Za novejše toplotne črpalke je značilno, da lahko obratujejo z zelo visokim grelnim številom tudi pri višjih temperaturah ogrevnega medija. Za učinkovito delovanje toplotne črpalke in za varovanje okolja je pomembno, katero hladivo uporabimo. Za doseganje višjih temperaturnih režimov mora toplotna črpalka, oziroma njen kompresorski del s hladivom, obratovati v višjem temperaturnem in tlačnem področju. V ta namen se zaradi pozitivnih karakteristik na vseh področjih, najpogosteje uporablja hladivo R 134 a (izpeljanka hladiva R 407 C), ki omogoča uporabo TČ tudi za visokotemperaturne režime. Omenjene črpalke so uporabne tudi na objektih, ki zaradi posebnih zahtev potrebujejo višjo temperaturo sanitarne vode (preko 70 °C).


Viri: www.dimplex.de, www.ivt.se



Avtor: Bojan Grobovšek