Prikaz delovanja naprav toplotnih črpalk

Delovanje toplotnih črpalk je odvisno od več faktorjev. Razen finančnega vložka je potrebno ugotoviti ali je dovolj virov za izkoriščanje toplotne energije v okolici in obstoječe meje delovne sposobnosti izbrane črpalke. Pomembni so enovalentni in dvovalentni pogoni, čeprav tudi tukaj obstajajo še druge vrste pogona.

Enovalentna vrsta pogona

Pri enovalentnem načinu pogona, toplotna črpalka deluje kot proizvajalec toplote. Pogoj za to je, da skozi vse leto obstaja toplotni vir. Na primer podtalnica, odpadne vode, toplota iz zemlje in okolja itn.. Ogrevalni sistem mora biti usklajen z maksimalno pred točno temperaturo toplotne črpalke. Razen ogrevanja objekta lahko uporabljamo toploto iz okolja za pripravo sanitarne vode. Na slikah št. 1, 2 in 3 so prikazani primeri celoletnega obratovanja ogrevalnega kotla in toplotne črpalke z dvovrstnimi pogoni. 

Slika 1: delež celoletnega obratovanja ogrevalnega kotla in toplotne črpalke v

bivalentni - alternativni vrsti pogona. Kar pomeni:

IT izklopna temperatura toplotne črpalke

BT bivalentna točka

MT meja temperature ogrevanja

ST sobna temperatura

Slika 2: delež celoletnega obratovanja ogrevalnega kotla in toplotne črpalke v

bivalentni - paralelni vrsti pogona. Kar pomeni:

BT bivalentna točka

ST sobna temperatura

MT mejna temperatura ogrevanja

Slika 3: delež celoletnega obratovanja ogrevalnega kotla in toplotne črpalke v

bivalentni - delno paralelni vrsti pogona. Kar pomeni:

IT izklopna temperatura toplotne črpalke

BT bivalentna točka

MT mejna temperatura ogrevanja

ST sobna temperatura

Bivalentna vrsta pogona

Pri bivalentni vrsti pogona je potreben poleg toplotne črpalke še dodaten proizvajalec toplote, po navadi je to ogrevalni kotel. Preklop na ogrevalni kotel ali samo vklop le tega je odvisen od zahtevanega in pridobljenega učinka, kot tudi spodnje meje temperature toplotne črpalke. To temperaturo imenujemo bivalentna temperatura ali bivalentna točka. 

• bivalentna - alternativna vrsta pogona: tukaj lahko deluje samo ena vrsta toplotnega pogona. Ali toplotna črpalka ali ogrevalni kotel. Ni pa možno, da delujeta oba skupaj. Bivalentne alternativne ogrevalne naprave so primerne za razširitev ogrevalne naprave, pri katerem ostane ogrevalna obstoječa naprava v nespremenjenem stanju na primer naprava 90/70°C. Da je naprava smiselno skonstruirana je potrebno, da pokriva 50% zahtevane toplote in tako deluje nad tako imenovano bivalentno točko, zunanja temperatura je lahko +3°C. Pod to bivalentno točko se črpalka izključi in kotel samodejno prične z delovanjem in deluje neprekinjeno tudi pri zelo nizkih zunanjih temperaturah. Pri vremenskih pogojih, kijih poznamo v naših krajih lahko taka črpalka pokriva 2/3 celotne letne potrebe po energiji.

• Bivalentno - paralelna vrsta pogona: pomeni delovanje toplotne črpalke in kotla istočasno. Ob delovanje toplotne črpalke se po potrebi vklopi ogrevalni kotel, toplotna črpalka pa deluje nemoteno naprej. Bivalentna paralelna vrsta pogona deluje na način, da toplotna črpalka ostane v pogonu do nizkih zunanjih temperatur, ko so temperature prenizke in ne zmore več zadovoljiti ogrevanja se vklopi ogrevalni kotel, kot dodatni ogrevalni vir. Toplotna črpalka in drugi ogrevalni vir sta sinhronizirana tako, da oba delujeta s približno 50% zmogljivostjo. Skozi leto pokriva toplotna črpalka približno 90% vse potrebne toplotne energije.
• Bivalentna - delno paralelna vrsta pogona: ta pogon deluje delno na bivalentni - alternativni vrsti pogona in delno na bivalentni - paralelni vrsti pogona. Toplotna črpalka obratuje do bivalentne točke samostojno. Pod bivalentno točko se paralelno ob toplotni črpalki vključi še ogrevalni kotel. Oba toplotna vira delujeta paralelno do izključitve toplotne črpalke. Ko se toplotna črpalka izključi, ostane v pogonu samo ogrevalni kotel. Prednost tega sistema je v tem, da se toplotna črpalka pozneje izključi in njeno delovanje se s tem podaljšuje, kar pomeni velik prihranek pri energiji.
  

Toplotni viri in toplotne naprave: okoljske energije imamo na pretek. Imamo je v različnih oblikah. Zadržuje se v različnih medijih. Energija Sonca se shranjuje v zraku, vodi in zemlji. Te medije imenujemo toplotni viri. Z nekaterimi energijskimi absorpcijskimi sistemi lahko dodatno za toplotne črpalke uporabljajo tudi toplotno sevanje Sonca.

Drugi viri energije pri uporabi toplotne črpalke so lahko tudi povratne vode v toplarni, toplota pri industrijskih procesih, elektrarnah ali prezračevalnih in klima napravah. Nastajajoča toplota v hlevih, odvodih zraka so lahko tudi dodatni vir energije za toplotne črpalke. Za uporabo takih toplotnih virov poznamo tako imenovane naprave za toplotne vire.

Toplotni vir - zrak: zrak je povsod in tako najbolj dosegljiv energijski potencial. Pri uporabi za ogrevanje moramo ugotoviti od kod prihaja ta zrak.

Slika 4 – Toplotna potreba zgradbe in toplotni učinek s toplotno črpalko zrak/voda.

Zrak iz okolja: imamo ga na razpolago v neizmernih količinah. Problem nastane samo zaradi nihanja temperatur glede na letni čas, kar pomeni, da se učinek toplotne črpalke zmanjšuje, potreba po toploti objekta pa zvišuje. Prednost toplotne črpalke je v tem, da je cenovno dostopna proti ostalim sistemom toplotnih virov. Zato se za bivalenten pogon toplotne črpalke uporablja toplota zraka iz okolja. Toplotnim črpalkam, ki so nameščene v notranjosti objekta je potrebno zrak dovajati preko prezračevalnih kanalov ali cevi. Slika št. 4 prikazuje toplotne potrebe zgradbe in učinek toplotne črpalke zrak/voda v odvisnosti od zunanjih temperatur.