Kratek opis delovanja toplotne črpalke zemlja/voda

Da bi bolje razumeli delovanje toplotne črpalke zemlja/voda, si je treba ogledati strukturo sistema. Dejanska toplotna črpalka se nahaja nad zemeljsko površino in ima poleg kompresorja dva toplotna izmenjevalnika - uparjalnik in kondenzator. V praksi se za pridobivanje toplote iz zemlje uporabljajo geotermalne sonde ali geotermalni kolektorji.

Kolektorji in sonde oskrbujejo toplotno črpalko s toplotno energijo

Geotermalne sonde se s pomočjo vrtin potopijo globoko v zemljo. Geotermalni kolektorji pa so nameščeni tik pod površino, vendar imajo večje površine, ki lahko absorbirajo toplotno energijo. Oba sta sestavljena iz zaprtega kroga, v katerem lahko kroži tekočina (slanica), odporna na zmrzal. Vgrajena črpalka zagotavlja, da se slanica premika in prenaša toploto iz zemlje v toplotno črpalko.

Hladivo izhlapeva s pomočjo toplotne energije, pridobljene z geotermalnimi kolektorji ali sondami. Zaradi svojih specifičnih toplotnih lastnosti se njegovo fizikalno stanje pri nizkih temperaturah spremeni. Z dodatno toploto postane hladilno sredstvo podobno pari, njegova temperatura pa se dvigne. Za dvig temperature na zahtevano raven se hlapi hladilnega sredstva stisnejo s kompresorjem, pri čemer se poveča ne le tlak, temveč tudi temperatura. V drugem toplotnem izmenjevalniku (kondenzatorju) hlapi hladilnega sredstva prenesejo predhodno proizvedeno toploto v ogrevalni sistem in se kondenzirajo. Preden lahko ponovno absorbira geotermalno toploto, se kondenzirano hladilno sredstvo najprej razširi skozi ekspanzijski ventil. Pri tem se njegova temperatura in tlak znižata na prvotno stanje, nato pa se postopek lahko ponovi.

Učinkovitost je odvisna od številnih dejavnikov.

Toplotna črpalka proizvaja toploto tako, da najprej izhlapi hladilno sredstvo z energijo iz okolice in ga nato stisne. Toplotna črpalka za ta proces stiskanja potrebuje pogonski tok.

Za napovedovanje učinkovitosti tovrstnega sistema se uporablja smernica VDI 4650. Ta metoda izračuna sezonski faktor učinkovitosti na podlagi COP toplotne črpalke in različnih parametrov sistema. COP predstavlja trenutno razmerje med proizvedeno koristno toploto in porabljeno pogonsko energijo v obliki električne energije v standardiziranih pogojih. SPF pa je vsota vseh COP, ki so se pojavili v enem letu. Za določitev dejanskega SPF je treba količine toplote in električne energije (odčitane z merilnikov toplote in električne energije) upoštevati skupaj.

Razlika med temperaturo vira toplote in temperaturo pretoka ogrevalnega sistema odločilno vpliva na učinkovitost sistema. Če je na primer začetna temperatura deset stopinj Celzija, temperatura pretoka pa 30 stopinj Celzija, mora toplotna črpalka slanica/voda povečati hladilno sredstvo le za 20 stopinj Celzija. Če je ogrevalni sistem sestavljen iz radiatorjev z majhnimi površinami in minimalno temperaturo pretoka 50 stopinj Celzija, mora kompresor porabiti dvakrat več energije, da doseže zahtevano temperaturo.

Toplotne črpalke s slanico/vodo za enonivojsko delovanje

Zaradi relativno stalnega in visokonivojskega vira toplote toplotne črpalke zemlja/voda delujejo zelo učinkovito skozi vse leto. Glede na področje uporabe običajno zagotavljajo zadostno količino ogrevanja in tople sanitarne vode kot edini generator toplote. V nekaterih primerih je lahko smiselno tudi kombinirano delovanje z obstoječim ogrevalnim sistemom. Slednjega je mogoče vklopiti v času največjih obremenitev in bo v bivalnih prostorih ves čas zagotavljal visoko raven udobja. Da bi zagotovili gospodarno delovanje, je treba vnaprej upoštevati več točk. Podrobne informacije in nasvete o tem najdete v poglavju z naslovom Toplotna črpalka.