Učinkovitost toplotne črpalke: kaj nam pove
Zahtevajte svetovanje
Ko gre za ocenjevanje izkoristka ogrevalnega sistema, ima učinkovitost pomembno vlogo. S tem mislimo na to, koliko vstopne energije se lahko dejansko izkoristi. Ogrevalni sistemi na olje in plin dosegajo manj kot 100-odstotne rezultate, učinkovitost toplotne črpalke pa je pogosto veliko večja. V nadaljevanju pojasnjujemo, zakaj je temu tako in kako lahko izboljšate učinkovitost svoje toplotne črpalke.
Standardni indikator učinkovitosti ogrevalnega sistema
Vrednost η (eta) se izračuna za opis učinkovitosti postopkov in strojev. Izražena je v odstotkih in je odvisna od vhodne energije in uporabne izhodne energije. Višja ko je vrednost, bolj učinkovito sistem deluje. Vrednost 100 % je idealna, saj se v tem primeru dejansko uporabi vsa vhodna energija.
Primer ogrevalnega sistema na plin: Če v gorilnik priteče plin z energijsko vrednostjo 100 kilovatnih ur, v ogrevalnem sistemu pa se uporabi 95 kilovatnih ur, je izkoristek 95 % (η = 95/100 * 100 = 95 %). Preostalih 5 % je izguba, ki nastane v generatorju toplote.
Način obratovanja toplotne črpalke omogoča visoke stopnje izkoristka
Toplotne črpalke prenašajo okoljsko energijo iz zraka, zemlje ali vode v poseben medij – hladilno sredstvo, ki v postopku izhlapeva. Električno gnani kompresor nato poviša tlak hladilnega sredstva, kar povzroči dvig njegove temperature. Proizvedena toplota se prenese na ogrevalno vodo. To lahko izrazimo z naslednjo formulo:
- Ogrevalna energija = okoljska energija + električna energija
Ko gre za učinkovitost toplotne črpalke, običajno upoštevamo le električno energijo, ki jo porabi kompresor, in proizvedeno ogrevalno energijo. Ne upošteva se okoljska energija, ki se drugje dovaja v postopek brez stroškov. Tako dobimo naslednjo formulo za učinkovitost toplotne črpalke:
- Učinkovitost toplotne črpalke = vhodna električna energija / izhodna ogrevalna energija
Izbira referenčnih vrednosti načeloma vodi do učinkovitosti, ki je večja od 100 %.
Teorija: Carnotov izkoristek toplotnih črpalk
Ko gre za toplotne črpalke, strokovnjaki govorijo tudi o Carnotovem faktorju. Ta teoretična vrednost označuje maksimalno možno učinkovitost idealnega ciklusa. Ciklus je ponavljajoči se postopek, s katerim toplotna črpalka izkorišča energijo iz okolja za ogrevanje (izhlapevanje, stiskanje, kondenziranje, razširjanje, ponovno izhlapevanje hladilnega sredstva itd.). Temperature vira toplote in ogrevalnega sistema v kelvinih se uporabljajo za izračun Carnotovega faktorja po naslednji formuli:
- Carnotov izkoristek = temperatura vtoka / (temperatura vtoka – temperatura vira okoljske energije)
Vrednosti je treba navesti v kelvinih. Pri tem se temperaturi v stopinjah Celzija doda 273 (temperatura v stopinjah Celzija + 273 = temperatura v kelvinih).
Načeloma ta rezultat povprečnemu potrošniku ne pove veliko. Lahko pa se uporabi za določitev minimalne električne energije, ki jo je treba uporabiti v prevladujočih pogojih. Ker se na različnih točkah postopka pojavljajo izgube, je potreba po električni energiji v praksi običajno večja. Nikoli pa ni nižja od vrednosti, izračunane po formuli za Carnotov izkoristek toplotne črpalke.
Ko gre za ogrevanje zgradbe, lahko na podlagi tega sklepamo še nekaj: če so vse druge lastnosti enake, je učinkovitost odvisna od porabljene okoljske energije, zlasti pozimi. Naslednja preglednica prikazuje primerjavo toplotne črpalke zrak-voda in toplotne črpalke zemlja-voda.
Primerjava kaže, da je učinkovitost toplotne črpalke zrak-voda pozimi manjša, saj sistem takrat uporablja hladnejši okoljski vir energije. Toplotne črpalke zemlja-voda, ki pridobivajo toploto iz zemlje, so v primerjavi boljše, saj je razlika med temperaturo vira in temperaturo vtoka v ogrevalni sezoni manjša. To izpodbija mit, da toplotne črpalke pozimi ne delujejo dobro.
Alternativni indikatorji učinkovitosti okoljskega ogrevanja
Poleg učinkovitosti toplotne črpalke obstajajo tudi številni drugi informativni parametri. Tukaj je pregled najpomembnejših:
- COP: Koeficient učinkovitosti (COP) označuje učinkovitost pri določeni točki (primer: temperatura zraka 2 °C in temperatura vtoka 35 °C). Določi se na preskusni napravi, tako da se ogrevalna moč deli z uporabljeno električno močjo.
- SCOP: Podobno kot COP se tudi sezonski koeficient učinkovitosti (SCOP) določi na preskusni napravi. Vendar pa upošteva učinkovitost v različnih podnebnih razmerah in je zato še bolj informativen.
- Letni COP: Tako kot učinkovitost, COP in SCOP tudi letni koeficient učinkovitosti toplotne črpalke postavlja prednosti in stroške v medsebojno razmerje. Vendar so pri tem pomembne izmerjene količine energije (prenesena toplota in električna moč), zato nam ta vrednost omogoča sklepanje o učinkovitosti delovanja.
- ETAs: Pri sezonski energijski učinkovitosti ogrevanja prostorov (ETAs) se upošteva tudi koeficient primarne porabljene energije, ki ga je treba za določitev vrednosti ETAs deliti s SCOP. To je še posebej pomembno pri subvencijah za toplotne črpalke, saj je potrebna skladnost z določenimi omejitvami ETAs.
Strokovni nasveti za izboljšanje učinkovitosti toplotne črpalke
Če je učinkovitost toplotne črpalke nizka, bo potrebne več električne energije, stroški ogrevanja pa se bodo povečali. To preprečite tako, da že v fazi načrtovanja izboljšate učinkovitost. Cilj vseh teh ukrepov je, da je temperaturna razlika med virom toplote in vtokom čim manjša. Na voljo so naslednje možnosti:
- Izberite stroškovno najučinkovitejši vir toplote: Če lahko izbirate med več viri toplote, bo najtoplejši zagotovil največjo učinkovitost, če je vse ostalo enako. Zato so toplotne črpalke zemlja-voda učinkovitejše od toplotnih črpalk zrak-voda.
- Instalirajte velike ogrevalne površine: Ko določite tip vira toplote, lahko v številnih primerih znižate temperaturo vtoka. Pri tem je še posebej učinkovita vgradnja velikih radiatorjev, nizkotemperaturnih radiatorjev ali površinskega ogrevanja. Če ste upravičeni do subvencije za toplotno črpalko, lahko vključite stroške ogrevalnih površin.
- Optimirajte ogrevalni sistem: Optimiranje distribucije toplote bo pripomoglo tudi k izboljšanju učinkovitosti toplotne črpalke. To lahko na primer dosežete s hidravličnim uravnovešenjem, ki zmanjša temperaturo vtoka. Če že uporabljate toplotno črpalko, vlada ponuja tudi subvencije za izboljšanje ogrevalnega sistema.
- Prilagodite nastavitve toplotne črpalke: Če se vaš ogrevalni sistem regulira glede na zunanjo temperaturo, lahko učinkovitost izboljšate tudi tako, da prilagodite ogrevalno krivuljo. Ta določa, kako visoka mora biti temperatura vtoka pri različnih zunanjih temperaturah. Z regulacijo, vodeno po prostorski temperaturi, pomaga optimirati prostorske temperature.
Poleg nadgradnje ogrevalnega sistema lahko izvedete tudi izolacijske ukrepe ali zamenjate okna. To bo zmanjšalo potrebo po toploti in omogočilo znižanje temperature vtoka. V primerjavi z izvajanjem del na ogrevalnem sistemu pa se običajno poveča količina vloženega dela in stroški.
