Dizalice topline - Što su i kako rade

Dizalice topline su dokazana i pouzdana tehnologija u svijetu, sposobna osigurati kontrolu udobnosti tijekom cijele godine za vaš dom opskrbom toplinom zimi, hlađenjem ljeti i pripremom potrošne tople vode.

Dizalice topline mogu biti izvrstan izbor u raznim primjenama, i za nove domove i za rekonstrukciju postojećih sustava grijanja i hlađenja. One su također opcija prilikom zamjene postojećih klimatizacijskih sustava, budući da su inkrementalni troškovi prelaska sa sustava samo za hlađenje na dizalicu topline često prilično niski. S obzirom na bogatstvo različitih vrsta sustava i opcija, često može biti teško odrediti je li dizalica topline prava opcija za vaš dom.

Što su dizalice topline?

Dizalice topline, odnosno toplinske pumpe, su energetski i isplativ način klimatizacije, hlađenja i grijanja vašeg doma.

Dizalica topline vrši prijenos topline iz jednog okruženja u drugi putem rashladnog sredstva.

Čak i u hladnim danima dizalica topline ima mogućnost oduzimanja topline iz vanjskog zraka i na taj način osigurava topli dom.

Sustav uzima dio topline iz okoliša i na taj način smanjuje količinu energije koju trošite za grijanje ili hlađenje doma za čak 40%. Smanjena potrošnja energije znači manje račune za struju.

Kako rade dizalice topline?

Dizalica topline koristi tehnologiju sličnu onoj u hladnjaku ili klima uređaju. Izvlači toplinu iz izvora, poput okolnog zraka. Zatim pojačava i prenosi toplinu tamo gdje je potrebna. Budući da se većina topline prenosi, a ne stvara, dizalice topline daleko su učinkovitije od konvencionalnih tehnologija grijanja kao što su kotlovi ili električni grijači i mogu biti jeftinije za rad. Izlazna energija u obliku topline obično je nekoliko puta veća od one potrebne za napajanje dizalice topline, obično u obliku električne energije. Na primjer, koeficijent učinkovitosti (COP) za tipičnu dizalicu topline za kućanstvo je oko četiri, tj. izlazna energija je četiri puta veća od električne energije koja se koristi za njezin rad. Zbog toga su trenutni modeli 3-5 puta energetski učinkovitiji od plinskih kotlova. Dizalice topline mogu se kombinirati s drugim sustavima grijanja, obično plinskim, u hibridnim konfiguracijama.

Sama dizalica topline sastoji se od kompresora koji pokreće rashladno sredstvo kroz rashladni ciklus i izmjenjivača topline koji izvlači toplinu iz izvora. Toplina se zatim prenosi na hladnjak kroz drugi izmjenjivač topline. Dizalice topline mogu se spojiti na spremnik za proizvodnju sanitarne tople vode. Mnoge dizalice topline također mogu osigurati hlađenje prostora ljeti uz zadovoljavanje potreba grijanja prostora zimi. 

Ciklus hlađenja/grijanja u dizalicama topline

Što se tiče hlađenja, dizalice topline i hladnjaci rade na gotovo isti način. Toplina se izvlači iz zraka gdje nije željena i odvodi se izvan prostora koji se hladi. Dizalice topline imaju tri glavne komponente: isparivač, kompresor i kondenzator. Svaki od njih igra ključnu ulogu u načinu na koji dizalice topline prenose toplinu s jednog mjesta na drugo. Dizalice topline mogu izvući toplinu iz zraka korištenjem tekućeg rashladnog sredstva za apsorpciju i uklanjanje topline.

Proces u četiri koraka u hladnjaku ili toplinskoj pumpi radi pretvaranjem tekućeg rashladnog sredstva u plin, a zatim natrag u tekućinu, a zatim pomoću ventilatora učinkovito distribuira hladan zrak. Ovaj se proces ispravno naziva "fazna konverzija", ili laički rečeno, rashladni ciklus kompresije pare, što je moderan naziv za termodinamički proces koji se obično koristi za primjene prijenosa topline.

Da objasnimo, četiri osnovna koraka u dizalici topline rade na sljedeći način:

• Proces počinje tamo gdje je rashladno sredstvo u stanju poznatom kao zasićena para. Ova zasićena para ulazi u kompresor gdje se povećava tlak, a time i temperatura.
• Vruća para zatim prolazi kroz kondenzator, gdje se kondenzira natrag u tekući oblik. Rezultat ove kondenzacije je da rashladno sredstvo gubi toplinu. To je ono što se trenutno događa u svakom kućanskom hladnjaku i zašto je straga toplo dok se toplina raspršuje preko rashladnih rebara.
• Tekuće rashladno sredstvo zatim prolazi kroz ekspanzijski ventil, gdje tlak opada i tekućina postaje mnogo hladnija. U ovom trenutku tekućina je obično hladnija od prostora koji treba ohladiti.
• Na kraju, hladna tekućina, koja je sada djelomično isparila zbog pada tlaka, prolazi kroz isparivač. ventilator zatim puše zrak preko izmjenjivača, hladeći zrak. To uzrokuje isparavanje rashladnog sredstva unutar cijevi, vraćajući ga u prvobitno stanje zasićene pare.

U osnovi, ono što se događa je da je rashladno sredstvo prisiljeno proći kroz cikluse kondenzacije i isparavanja gdje temperatura i tlak značajno rastu i padaju. Te se temperaturne fluktuacije zatim koriste za zagrijavanje ili hlađenje struje zraka ili vode, ovisno o primjeni.

Važne komponente sustava dizalice topline

Tipični sustav dizalice topline sa izvorom zraka sastoji se od dvije glavne komponente, vanjske jedinice (koja izgleda baš kao vanjska jedinica klimatizacijskog sustava podijeljenog sustava) i unutarnje jedinice klima uređaja. I unutarnja i vanjska jedinica sadrže različite važne podkomponente.

Vanjska jedinica 

Vanjska jedinica sadrži kompresor, kondenzator i ventilator. Ventilator puše vanjski zrak preko kondenzatora kako bi se olakšala izmjena topline. Preko kondenzatora oduzimamo toplinu iz okoline i prenosimo na drugi medij - vodu.

Unutarnja jedinica

Poput vanjske jedinice, unutarnja jedinica, koja se obično naziva jedinica za obradu zraka, sadrži izmjenjivač i pumpu. Izmjeniivač djeluje kao isparivač (u načinu hlađenja) ili kondenzator (u načinu grijanja). Pumpa je zadužena za cirkulaciju vode kroz hidraulički dio sustava.

Rashladno sredstvo 

Rashladno sredstvo je tvar koja apsorbira i odbija toplinu dok cirkulira kroz sustav dizalice topline.

Isparivač

Toplina iz okoliša prenosi se izvana u izmjenjivač topline, uzrokujući isparavanje rashladnog sredstva u plin.

Kompresor

Rashladno sredstvo se zatim komprimira, povećavajući temperaturu na onu koja je dovoljno visoka za upotrebu.

Kondenzator

Toplina se zatim prenosi u sustav grijanja preko rashladnog plina, kondenzirajući ga natrag u tekućinu. Proizvedena toplina će se kretati iz sustava grijanja kroz sustav emitiranja odabranog doma (kao što je podno grijanje ili kompatibilni radijatori).

Ekspanzijski ventil

Smanjuje tlak rashladnom sredstvu, a time i temperaturu te ponovno pokreće ciklus.

Koje različite vrste dizalica topline postoje?

Postoje različite vrste dizalica topline: zrak-voda, tlo-voda i voda-voda.

Dizalice topline također se mogu upariti s plinskim pećima na fosilna goriva; ovi se sustavi često nazivaju hibridnim dizalicama topline.

Dizalice topline zrak-voda

Dizalice topline zrak-voda koriste vanjski zrak kao izvor toplinske energije u načinu grijanja i kao odvoditelj energije kada su u načinu hlađenja.

Toplinske pumpe zrak-voda griju ili hlade vodu, a koriste se u domovima s hidrauličnim (na bazi vode) distribucijskim sustavima kao što su niskotemperaturni radijatori, zračeći podovi ili ventilokonvektorske jedinice. U načinu grijanja toplinska crpka daje toplinsku energiju hidrauličkom sustavu. Ovaj proces je obrnut u načinu hlađenja, a toplinska energija se izdvaja iz hidrauličkog sustava i odbacuje u vanjski zrak.

Dizalice topline zrak-voda rade učinkovitije kada zagrijavaju vodu na niže temperature, tj. ispod 45 do 50°C, te kao takve bolje odgovaraju grijaćim podovima ili sustavima ventilokonvektora. Treba biti oprezan ako razmatrate njihovu upotrebu s visokotemperaturnim radijatorima koji zahtijevaju temperaturu vode iznad 60°C, jer te temperature općenito prelaze ograničenja većine stambenih dizalica topline.

Zašto su dizalice topline energetski učinkovitije?

Dizalice topline su energetski učinkovitije od peći i klima uređaja koji se oslanjaju na fosilna goriva, jer rade isključivo na električnu energiju. I one zapravo ne stvaraju toplinu, one je samo premještaju s jedne lokacije na drugu – tako da koriste manje energije i od drugih sustava grijanja i hlađenja na električni pogon.

Budući da se dizalice topline koriste i za grijanje i hlađenje prostora, one su također praktičnije u smislu održavanja i rukovanja.

Štede li vam dizalice topline novce?

Troškovi instaliranja i rada različitih vrsta dizalica topline prilično variraju. Dizalice topline tlo-voda skuplje su za instaliranje od toplinskih pumpi zrak-voda, vjerojatno dva do tri puta skuplje, jer pumpe tlo-voda zahtijevaju da kopate do izvora topline i uključuju složenije sustave prijenosa topline. 

Dizalice topline zrak-voda mogu se naći po puno jeftinijim cijenama jer su takve jedinice obično jednostavnije, a instalacija lakša. Dizalice topline nude značajne uštede, a uz korištenje fotonaponskih panela troškovi se mogu svesti čak i na nulu. Danas se mnogi odlučuju za dizalice topline iz razloga što planiraju izgradnju vlastite solarne elektrane pomoću fotonaponskih panela. 

Trošak potreban za rad i popravak dizalice topline ovisi o vrsti sustava. Sustavima s izvorom zraka lako je pristupiti i lako ih je servisirati, no možda će im trebati redovitije održavanje jer su izloženi vremenskim nepogodama. 

Dizalice topline mogu vam uštedjeti između 30 i 40 % . Važno je uzeti u obzir klimu u kojoj ćete koristiti dizalicu topline kako biste bili sigurni da ste odabrali sustav koji može učinkovito raditi u vašem području. 

Zašto su dizalice topline važne za postizanje nultog udijela ugljika?

Otprilike 40% globalnih emisija dolazi iz zgrada, a većina njih rezultat je načina na koji grijemo svoje domove i poslovne prostore.

Kako bismo postigli  neto nultu emisiju ugljika i uhvatili se u koštac s klimatskim promjenama, moramo se prebaciti s grijanja koje se oslanja na goriva s visokim udjelom ugljika na čišće alternative s niskim ili nultim udjelom ugljika.

Dizalice topline pomoći će to postići iz dva glavna razloga:

• Sustavi dizalica topline dizajnirani su za izvlačenje veće količine toplinske energije iz okolnog okoliša od energije koju troše za stvaranje topline. Mogu proizvesti dva do tri puta više toplinske snage nego što potroše električne energije.
• Sve se više električne energije proizvodi iz obnovljivih izvora energije kao što su solarna energija ili energija vjetra te se ta električna energija koristi za pogon dizalica topline.

Koliki je životni vijek dizalice topline?

U prosjeku, dobro održavan sustav dizalice topline trebao bi trajati otprilike 10 do 20 godina. Međutim, uz pravilnu njegu i održavanje, mogu trajati i dulje.

Životni vijek dizalice topline ovisi o nekoliko čimbenika, uključujući vrstu jedinice, kvalitetu ugradnje i održavanja te uvjete rada.

Redovito održavanje, kao što je čišćenje ili zamjena filtara za zrak i redovito servisiranje toplinske pumpe od strane kvalificiranog HVAC tehničara može pomoći u produljenju životnog vijeka vašeg sustava.

Zaključak: Koje su prednosti dizalice topline?

Dobro odabrane, dizalice topline nude izvrsnu razinu učinka. One same mogu pokriti vaše potrebe za grijanjem i, ovisno o modelu, toplom vodom. Dizalica topline tada je kompatibilna s različitim emiterima: podnim grijanjem, radijatorima ili ventilokonvektorima.

Budući da za rad crpe dio svoje energije iz okoline, to štedi novac u usporedbi s tradicionalnim bojlerom ili električnim radijatorima. Zbog toga je dizalica topline ekološki prihvatljivija od ostalih načina grijanja koji se inače koriste.