Nijedan odgovorni stručnjak neće odabrati toplinsku pumpu, a da ne zna u kojim će uvjetima raditi. Prije nego što donese odluku, između ostalog trebao bi znati: koje su mogućnosti izdvajanja toplinske energije iz okoline (zraka, vode, tla) u kojoj se nalazi kuća, koja je potreba za toplinom i hoće li pumpa biti jedini izvor grijanja koji osigurava pravu temperaturu u kući . Tek nakon analize ovih podataka, može odabrati optimalnu dizalicu topline u smislu isplativosti ulaganja i naknadnih operativnih troškova.
Učinkovitost toplinske pumpe
Koeficijent COP koristi se za procjenu učinkovitosti dizalice topline. Njegova vrijednost određuje koliko će toplinske energije pumpa prenijeti u zgradu u odnosu na energiju koja se uzima iz električne mreže.
Vrijednost COP značajno varira zbog promjenjivih radnih uvjeta crpke i ovisi o razlici između temperature donjeg i gornjeg izvora topline. Što je veća, to je niža učinkovitost crpke. Njegova snaga također se smanjuje kako se temperatura donjeg izvora smanjuje, a to je obično zrak, voda ili tlo.
Na primjer, jedan od proizvođača navodi da njegova pumpa ima snagu od oko 10 kW i COP učinkovitost 4,5 pri temperaturi uzemljenja + 5 ° C i temperaturi gornjeg izvora + 35 ° C. To znači da za svaki isporučeni kilovat-sat električne energije možemo dobiti 4,5 kWh toplinske energije. S druge strane, pri temperaturi donjeg i gornjeg izvora, odnosno -10 ° C i + 50 ° C, njegova snaga iznosit će približno 5,8 kW, a COP će pasti ispod 3.
Drugi važan parametar koji utječe na učinkovitost crpke je temperatura gornjeg izvora topline. Ako je previsoka, smanjuje isplativost korištenja crpke.
Energija iz zemlje
Možemo ga koristiti izrađivanjem vodoravnog ili okomitog kolektora.
Vodoravni kolektor izrađen je od cijevi poredanih spiralno ili paralelno jedna s drugom u tlu. Cijevi se pune otopinom glikola ili plina koja prima toplinu iz tla i prenosi je u toplinsku pumpu. Takav donji izvor zahtijeva parcelu dovoljne veličine, često čak dvostruko veću od površine grijane kuće.
Vodoravni kolektor postavljen je ispod zone smrzavanja, odnosno na dubini od 1,2-1,8 m. Stoga je izložen velikim kolebanjima temperature tijekom cijele godine.
Na početku sezone grijanja, kada je tlo toplo, temperatura izvora topline može doseći i do + 15 ° C. Tada dizalica topline savršeno funkcionira. Na primjer, njegova učinkovitost COP može biti oko 5 (na 35 ° C temperature dovoda gornjeg izvora). Međutim, na kraju sezone grijanja - posebno kada je površina kolektora napravljena bez ikakvih rezervi - temperatura izvora topline može pasti i ispod -10 ° C, a tada će COP pumpe fluktuirati oko 2 ili čak i manje. A ako je zima također ledena, tlo se može smrznuti, što će rezultirati hitnim isključivanjem dizalice topline. Štoviše, takvo tlo će se regenerirati puno duže.
Kao što vidite, vodoravni kolektor karakterizira velika razlika u snazi i učinkovitosti dizalice topline, stoga bi, odlučujući o njoj, trebao biti znatno prevelik.
Okomiti kolektor sastoji se od bušotina izbušenih čak do dubine od 150 m, u koje se uvode cijevi u obliku slova U i napunjene otopinom glikola. Ovu vrstu izvora topline karakterizira visoka temperaturna stabilnost. U dobro napravljenim bušotinama glikol ima konstantnu temperaturu (+ 2 ° C), bez obzira na godišnje doba.
Uz to, nije potrebna velika površina parcele. Jedini nedostatak ovog rješenja su veći troškovi proizvodnje od vodoravnog kolektora.
Dizalica topline koju napaja vertikalni kolektor ima konstantnu snagu i visoku učinkovitost tijekom sezone grijanja - vrijednost COP je nešto iznad 4.
Energija podzemne vode
Ovo je jedan od najučinkovitijih načina primanja obnovljive toplinske energije. Podzemna voda ima visoku temperaturu bez obzira na godišnje doba. Ovisno o regiji zemlje, ona se kreće od +8 do + 12 ° C.
Voda se izravno pumpa kroz izmjenjivač toplinske pumpe, tako da na zidovima cijevi položenih u zemlju nema temperaturnih gubitaka, kao što je primjerice slučaj s vodoravnim kolektorima. Zahvaljujući tome, COP dizalice topline može doseći čak 5.
Obično se buše dvije bušotine za dobivanje energije iz podzemnih voda. Voda se uzima iz prve, a druga hladi za nekoliko stupnjeva. Bunari bi trebali biti udaljeni najmanje 20 m i dosezati isti vodonosni sloj.
Nažalost, ovo rješenje ima niz ograničenja vezanih uz dostupnost vode i postojanost njezinih kemijskih parametara. Ako su slojevi vode duboki (ispod 30 m), troškovi električne energije povezani s radom cirkulacijske crpke smanjuju učinkovitost cijelog sustava, a troškovi same izgradnje bušotine bit će značajni. Drugi je problem varijabilnost kemije vode. Često se dogodi da se nakon nekog vremena sadržaj željeza, kalcija i drugih minerala u njemu poveća iznad dopuštene razine. To uzrokuje začepljenje ispusne bušotine i izmjenjivača u toplinskoj pumpi, a time i imobilizaciju uređaja. Stoga, iako je podzemna voda možda najjeftiniji izvor topline, to je ujedno i najrizičnije ulaganje.
Energija iz zraka
Ovaj je izvor energije još uvijek podcijenjen, unatoč tome što je jedan od najjeftinijih (za njega nisu potrebni zemljani radovi). Zabrinutost investitora proizlazi iz činjenice da se snaga i učinkovitost dizalice topline smanjuju s padom vanjske temperature.
To je nesumnjivo vrlo nepovoljan fenomen. Što je niža temperatura vanjskog zraka, to nam je potrebno više energije za grijanje kuće, a crpka je tada manje učinkovita. Međutim, ovo nije značajka koja diskvalificira ovo rješenje.
Proizvođači daju snagu svojih uređaja za vanjsku temperaturu od 7 ° C (ovo je nominalna snaga). U tim uvjetima njihova je učinkovitost čak i veća od 4,5. Suvremeni uređaji ove vrste rade i do -20 ° C. Naravno, njihova je učinkovitost tada niska - blizu 1 - i njihova snaga iznosit će samo 25% nominalne snage. Ali čak i na vanjskoj temperaturi od -10 ° C, crpka će raditi s COP-om koji oscilira oko 2 i radit će na polovici svoje nominalne snage. Pri tipičnoj temperaturi zimske sezone, koja oscilira oko 0 ° C, dizalica topline već će dati oko tri puta više energije nego što je troši iz električne mreže, a snaga će joj biti samo desetak posto niža od potrebne.
Iz tih se razloga ova vrsta dizalice topline uvijek mora koristiti s dodatnim izvorom topline. Najčešće je to samo električni grijač.
Zračna pumpa i ostale dizalice topline
Pretpostavimo da se kuća nalazi u Mazovskom vojvodstvu i ima površinu od približno 150 m2. Njegovi vanjski zidovi i prizemlje izolirani su slojem polistirena od 20 cm, a krov slojem mineralne vune od 30 cm. Prozori ugrađeni u njega imaju koeficijent prolaska topline U = 1,1 W / (m2K). Koristi podno grijanje napajano vodom na 35 ° C i mehaničku ventilaciju s povratom topline. Potreba kuće za toplinom za grijanje i toplu vodu iznosi 6,5 kW. Odlučeno je da se zagrije zračnom dizalicom topline.
Utjecaj na lokaciju. Kao što znate, troškovi grijanja kuće izravno ovise o učinkovitosti dizalice topline, što pak ovisi o temperaturi gornjeg i donjeg izvora. Kako bi procijenili prikladnost upotrebe toplinske pumpe kod kuće, profesionalci se, između ostalog, moraju pozivati na izračunatu temperaturu. U središnjem dijelu Poljske je -20 ° C, u planinama -24 ° C, a na moru -16 ° C.
Učinkovitost dizalica topline. Kada se uspoređuje učinkovitost različitih crpki na vanjskoj temperaturi od -20 ° C, zračna je definitivno najgora. Dostići će COP oko 1. Međutim, pod tim uvjetima, COP za modele koji koriste energiju iz vode ili okomitog kolektora bit će veći od 4.
Međutim, treba uzeti u obzir da je takvih ledenih dana obično malo. Prema 30-godišnjim mjerenjima prosječne temperature, u središtu Poljske tijekom zime ima samo nekoliko desetaka sati s mrazom većim od -15 ° C, a nekoliko stotina od -10 ° C.
Trošak grijanja zračne pumpe. Ako za grijanje ove kuće koristimo zračnu dizalicu topline nominalne snage 10 kW, sve dok vanjska temperatura ne padne ispod -10 ° C, uređaj neće koristiti električni grijač. Za takvu pumpu morate platiti oko 20.000, troškovi ove vrste grijanja tijekom hladne zime bili bi 2.000 …
Usporedba s zemaljskom pumpom. Kad bismo zračnu pumpu zamijenili zemaljskom zračnom pumpom s vertikalnim bušotinama, platili bismo oko 45 tisuća, a troškovi grijanja pali bi na 1100. Vidi se da bismo za razliku u cijeni između dva uređaja kuću mogli grijati zračnom pumpom preko 12 godina ((45 tisuća - 20 tisuća) / 2 tisuće. = 12,5 godina).
