Kako radi toplotna pumpa

Šta je toplotna pumpa ?

Toplotna pumpa je ekonomski i energetski najefikasniji sistem za grejanje i hlađenje prostora. Toplotna energija može da se uzme iz podzemnih voda koje su na temperaturi od oko 14°C tokom cele godine. Iz izbušenog bunara voda se prepumpava u razmenjivač toplote u kome se deo toplote iz podzemne vode prenosi u freon koji tada isparava. Takav sklop (pumpa+toplotni izmenjivač) naziva se toplotna pumpa. Delimično ohlađena voda vraća se u drugi bunar koji je iste dubine kao i prvi tako da se tokovi podzemnih voda ne remete. Freon koji je sada u gasovitom stanju sabija se kompresorom i tada otpušta latentnu prenetu toplotu i predaje je vodi koja cirkuliše kroz kondenzator i sistem radijatorskog i/ili podnog sistema cevi u zgradi. Prednosti ovakvog sistema za grejanje i hlađenje su sledeće: – Preko 70 % energije potrebne za grejanje prostora dobija se iz podzemne vode besplatno u toku celog veka eksploatacije toplotne pumpe.


Kako radi toplotna pumpa ?

Treba napomenuti da se termin „toplotna pumpa“ koristi za fizičku pojavu „prepumpavanja toplote“, a pritom se ne misli na uređaj koji to radi. Ovu fizičku pojavu omogućavaju druge dve prirodne pojave, isparavanje i kondezacija, odnosno promena agregatnog stanja iz tečnog u gasovito i obrnuto.

Isparavanje je fizička pojava koja je praćena oduzimanjem toplote okolini. To je razlog što se znojimo kada nam je toplo. Znoj koji isparava odnosi sa sobom višak toplote sa našeg tela (hladi ga) i tako reguliše telesnu

temperaturu. Kondezacija je suprotna pojava isparavanju i praćena je odavanjem (oslobađanjem) toplote. Voda koja je isparila iz neke posude (pretvorila se u vodenu paru), vratiće svu eneriju uloženu u isparavanje, kada se bude kondezovala (ponovo prešla u tečno stanje). Ove dve pojave neprekidno se dešavaju u uređajima koji rade na principu toplotne pumpe.  Ovo je objašnjeno u tekstu koji sledi.

Isparivac kondenzator

Gledajući sliku levo, možemo razumeti princip rada toplotne pumpe.

U delu ciklusa koji je označen brojem 1, kompresor pogonjen električnom energijom, komprimuje freon i  time mu povećava pritisak i temperaturu, a  u delu ciklusa označenog brojem 2, kondezator ga hladi i time prevodi iz gasovitog u tečno stanje, to je ujedno deo gde freon predaje kondezatoru latentnu (prikrivenu) toplotu, ranije preuzetu od vode. U delu ciklusa koji je označen brojem 4 dolazi do rasterećenja (smanjenja pritiska), i freon počinje naglo da vri i isparava.

Kao što smo već rekli, svako isparavanje oduzima energiju svojoj okolini, pa tako freon dok isparava hladi vodu i na taj način joj oduzima energiju koju će zatim ponovo u delu 2 predati kondenzatoru.


Koeficijent grejanja (COP)

Koeficijent grejanja je, u stvari, odnos između utrošene električne i dobijene obnovljive energije. Na primer, koeficijent 4 znači sledeće: Za jedan utrošeni kilovatčas (kWh) električne, dobijamo 3 kWh geotermalne energije. Praktično, Vaši troškovi grejanja smanjuju se 4 puta.

Smanjenjem temperature grejanog fluida povećava se koeficijent grejanja (a time i ušteda). Iz tog razloga kombinacija toplotne pumpe i podnog grejanja daje najbolje rezultate, obzirom da podno grejanje zahteva nisku temperaturu vode (oko 40 °C).

Dijagram sa desne strane ilustruje raspodelu temperature u podzemnim slojevima i pokazuje da nakon 15 metara nema kolebanja temperature u zavisnosti od doba godine. Nepromenjena temperatura bunarske vode garantuje visok koeficijent grejanja nasuprot toplotnim pumpama vazduh-voda kod kojih keficijent opada sa snižavanjem spoljne temperature.

Dijagram

Najbolji rezultati, odnosno najveća ušteda se postiže u kombinaciji sa podnim grejanjem, jer se sa snižavanjem temperature u sistemu, značajno povećava koeficijent grejanja, a poznato je da podno grejanje zahteva niže temperature od radijatorskog. Ventilo konvektor je dobro rešenje iz razloga što pored grejanja pruža i mogućnost hlađenja prostora, što kod podnog i radijatorskog grejanja nije moguće.