Vrste toplotnih črpalk:kaj so, kako delujejo in katera je najboljša za vas?
Udobno okolje ima pomembno vlogo pri preživljanju naših dni, eden od načinov, kako to doseči pa so klimatske naprave in toplotne črpalke. Vsi dobro poznamo klimatske naprave, vendar se večina ljudi ne zaveda, da je tudi klimatska naprava posebna vrsta toplotne črpalke in da obstaja veliko več sistemov, ki se lahko uporabljajo za isti namen ogrevanja ali hlajenja vašega doma.
V današnjem času brez ustreznega ogrevanja in hlajenja enostavno ne moremo. Pri načrtovanju stanovanjskih ali poslovnih stavb je temeljna zahteva razmišljati o nadzoru temperature. Na žalost ima to tudi slabo stran, saj lahko te zahteve povzročijo ogromen energetski odtis. Čeprav lahko nekatere klimatske naprave porabljajo energijo, obstajajo različne oblike ogrevanja in hlajenja, ki so lahko koristne pri ustvarjanju energetsko učinkovitega doma.
Poglejmo si, katere so te druge vrste toplotnih črpalk, kako delujejo in kako lahko izberete primerno za svoje potrebe.
Kaj so toplotne črpalke?
Preprosto povedano, toplotna črpalka je naprava, ki se uporablja za prenos toplote iz enega prostora v drugega. Uporablja se lahko tako za ogrevanje kot za hlajenje. Lahko vzame toploto od znotraj in jo odda navzven (hlajenje) ali pa vzame toploto od zunaj in jo vbrizga noter (ogrevanje).
Zdaj obstaja več načinov, s katerimi je mogoče doseči to funkcijo; pojdimo skozi to podrobno:
Učinkovitost toplotnih črpalk je veliko večja od električnih uporovnih grelnikov. Vendar obstaja ulov. Ta učinkovitost se zmanjša, ko se temperaturni gradient ali razlika med zunanjo in notranjo temperaturo začne povečevati.
Uporaba izraza "toplotna črpalka" lahko večino ljudi zmede, da mislijo, da lahko te naprave samo ogrevajo notranji prostor, ne pa tudi hladijo. Toda kot smo definirali prej, lahko opravljajo obe nalogi, pogosto z eno samo napravo. To se doseže z uporabo "povratnega ventila" v primeru klimatskih naprav. Preko tega mehanizma je mogoče tuljave kondenzatorja in uparjalnika zamenjati, tj. kondenzator lahko postane uparjalnik, uparjalnik pa kondenzator, kot je potrebno.
Kako delujejo toplotne črpalke?
Toplotna črpalka deluje tako, da premika tekočino, imenovano hladilno sredstvo, skozi različne komponente, znane kot uparjalnik, kondenzator, kompresor in ekspanzijski ventil. Hladilno sredstvo je primarni medij, preko katerega se toplota odvaja ali dodaja v prostoru. Lahko absorbira toploto iz svojega okolja in jo ohladi, če jo združijo druge komponente, kot so uparjalniki ali kondenzatorji. V naslednjem ciklu si bomo ogledali, kako lahko toplotno črpalko uporabimo za hlajenje prostora. Isti postopek lahko obrnete, da dobite ogrevalno ureditev.
Hladilno sredstvo gre skozi ekspanzijski ventil, ki pretvarja predhodno tekoče hladilno sredstvo v plin. Med to ekspanzijo se hladilno sredstvo ohladi. Nato teče skozi niz tuljav v uparjalniku, ki jih prepihuje ventilator. Hladen zrak se tako vbrizga v prostor, toploto pa absorbira hladilno sredstvo, ki se spremeni v vroč plin.
Nato gre skozi kompresor, kjer se stisne in pretvori v visokotemperaturni visokotlačni plin. Hladilno sredstvo se dovaja skozi mrežo tuljav v kondenzatorju in ga prepihavajo ventilatorji, da odstranijo shranjeno toploto in jo izvržejo v zunanjo atmosfero. Hladilno sredstvo, ki je na tej točki zdaj tekočina, ponovno kroži skozi isti postopek, da še naprej dobiva hladen zrak.
Kako deluje toplotna črpalka v načinu hlajenja?
Tekoče hladilno sredstvo se prečrpa skozi notranjo tuljavo (uparjalnik), zrak iz notranjosti prostora pa se nanj vpiha. Hladilno sredstvo absorbira toplotno energijo, nastali hladen zrak pa se vpihuje nazaj v hišo. Hladilno sredstvo nato izhlapi v plinasto obliko.
Plinasto hladilno sredstvo se nato pošlje v kompresor, ki ga stisne. S pritiskom na plinasto hladilno sredstvo se le-to segreje. Vroče, plinasto hladilno sredstvo se nato pošlje v zunanjo tuljavo (kondenzator). Ventilator v zunanji enoti piha zunanji zrak čez tuljavo. Hladilno sredstvo prenaša svojo toploto na zunanji zrak, ker je zunanji zrak hladnejši od hladilnega sredstva. Ko se hladilno sredstvo ohladi, kondenzira nazaj v tekočino.
Tekoče hladilno sredstvo se pošlje v ekspanzijski ventil v notranji enoti, ki zmanjša njegov tlak za nadaljnje hlajenje. Hladno, tekoče hladilno sredstvo je zdaj pripravljeno za črpanje nazaj v tuljavo uparjalnika in cikel se lahko začne znova.
Kako deluje toplotna črpalka v načinu ogrevanja?
V načinu hlajenja ni bistvene razlike med klimatsko napravo in toplotno črpalko. Toda v načinu ogrevanja pride do izraza najbolj značilna lastnost toplotne črpalke:povratni ventil. Povratni ventil obrne tok hladilnega sredstva, tako da toplotna črpalka sprosti energijo v dom. Tako tuljava zunanje enote igra vlogo uparjalnika, tuljava notranje enote pa vlogo kondenzatorja.
Celoten postopek ostane enak. Najprej se tekoče hladilno sredstvo prečrpa skozi zunanjo tuljavo (uparjalnik), čeznjo pa se vpiha zunanji zrak. Potem, ko hladilno sredstvo absorbira toplotno energijo, se nastali hladen zrak odpihne ven. Tekoče hladilno sredstvo nato izhlapi v plin.
Hladilno sredstvo v plinastem stanju teče skozi kompresor, ki ga segreje pod pritiskom. Plinasto hladilno sredstvo se nato pošlje v notranjo tuljavo (kondenzator). Notranji ventilator piha hladen notranji zrak preko plinastega hladilnega sredstva. Ker je notranji zrak hladnejši od plinastega hladilnega sredstva, hladilno sredstvo izgublja toploto v notranjem zraku. Nastali vroč zrak se vpihne v hišo.
Medtem se hladilno sredstvo kondenzira v tekočino in se nato črpa do ekspanzijskega ventila, pri čemer se zniža tlak, da se dodatno ohladi. Na koncu se hladno, tekoče hladilno sredstvo prečrpa v zunanjo tuljavo (uparjalnik), tako da se lahko cikel znova začne.
1. Vrsta toplotne črpalke:Toplotne črpalke zrak-zrak
Kot je očitno, toplotne črpalke zrak-zrak delujejo tako, da uporabljajo zrak kot odvod toplote in vir toplote. Pogosti primeri takih sistemov so stanovanjske in poslovne klimatske naprave. Ti sistemi so tudi reverzibilni, kar pomeni, da se lahko uporabljajo za ogrevanje ali hlajenje.
Toplotne črpalke zrak-zrak so energetsko učinkoviti klimatski sistemi, ki imajo cenejšo namestitev in vnaprejšnje stroške kot drugi sistemi toplotnih črpalk. Lahko zagotovijo zadostno ogrevanje in hlajenje v podnebnih območjih in so zato primerni za uporabo v velikih delih države.
Vendar pa obstaja slaba stran teh toplotnih črpalk. Njihova učinkovitost se zmanjšuje z večanjem temperaturne razlike med notranjo in zunanjo temperaturo. V ekstremnem mrazu ali ekstremni vročini se lahko toplotne črpalke zrak-zrak soočajo z nekaj težavami pri želenem delovanju. V hladnih podnebjih je to lahko še posebej težava in ovira delovanje klimatske naprave. Vendar pa lahko funkcija zaščite pred zmrzovanjem v nekaterih toplotnih črpalkah bistveno pomaga preprečiti, da vaše cevi zmrznejo v ekstremnem mrazu po nizki ceni.
Obstaja nekaj različnih vrst toplotnih črpalk zrak-zrak. Oglejmo si vsakega od njih spodaj:
a) Mini-split toplotna črpalka (toplotna črpalka brez kanala)
Priljubljenost mini-split toplotnih črpalk med stanovanjskimi in pravzaprav poslovnimi uporabniki hitro narašča zaradi enostavne namestitve, prilagodljivosti in energetske učinkovitosti. Pravzaprav so lahko še bolj energetsko učinkoviti, če so povezani s pametnim AC krmilnikom. Te vrste toplotnih črpalk ne zahtevajo obsežne mreže kanalov ali zračnikov in so primerne za naknadno vgradnjo, kjer je treba starejše zgradbe opremiti s sodobnim klimatskim sistemom.
Ti sistemi so sestavljeni iz dveh delov, notranje enote in zunanje enote. Zunanja enota vsebuje kondenzator, ki odvaja neželeno toploto navzven, medtem ko notranja enota v prostor dovaja hladen ali vroč zrak.
Mini-split zunanja enota se lahko uporablja tudi za napajanje več notranjih enot, kar povzroči tako imenovane večconske mini-splite. S to metodo je mogoče posamezne enote nadzorovati neodvisno v tako imenovanem »zoniranju«.
Način zaščite pred zmrzovanjem (FP) v krmilniku Cielo Breez Smart AC
Način zaščite pred zmrzovanjem je edinstvena in inovativna funkcija za tiste, ki imajo domove v izjemno mrzlih podnebjih. Z zaščito proti zmrzovanju lahko vzdržujete udobno temperaturo v notranjem prostoru, tudi ko ni v uporabi.
Klimatska naprava lahko deluje v načinu ogrevanja z nizko močjo, kar zagotavlja, da prostor ne postane neznosno in ledeno hladen. Ta način je idealen, ko ne zasedate prostora, vendar tudi ne želite, da zmrzne ali se res ohladi
b) Toplotna črpalka za izpušni zrak
Manj poznana različica toplotnih črpalk zrak-zrak so toplotne črpalke na odpadni zrak, ki uporabljajo odpadni zrak iz ločenega procesa in iz njega odvzemajo toploto. Zahteve za takšno vrsto toplotne črpalke so, da mora biti nameščena blizu izpušnega sistema s konstantnim pretokom in tudi konstantnimi temperaturami.
2. Tip toplotne črpalke:podvodne/podzemne toplotne črpalke
Kot smo že omenili, je pomanjkljivost toplotnih črpalk zrak-zrak nihanje temperature v okolju. Med različnimi vrstami toplotnih črpalk podzemne ali podvodne toplotne črpalke odpravijo to težavo, saj imajo tla skozi vse leto skoraj konstantno temperaturo. Zato podzemne ali podvodne toplotne črpalke učinkovito zagotavljajo hladen ali topel zrak vse leto. Poleg tega je učinkovitost toplotne črpalke za to vrsto veliko večja kot pri drugih vrstah zaradi njihove nizke porabe energije.
a) Toplotne črpalke vodnega vira
Podvodne toplotne črpalke kot medij za izmenjavo toplote uporabljajo vodni vir. Predpogoj pa je seveda, da je v bližini vodni vir. Te toplotne črpalke lahko delujejo tudi kot reverzibilne toplotne črpalke, saj absorbirajo toploto iz vode za ogrevanje notranjega okolja in tudi sproščajo toploto, absorbirano iz notranjosti, v vodno telo.
To se doseže z nizom tuljav ali zank, nameščenih pod vodno površino. Hladilno sredstvo, v nekaterih primerih sama voda, se prečrpa skozi te tuljave in nato usmeri v notranjost doma, da zagotovi ogrevanje ali hlajenje.
Kot smo že omenili, podvodne temperature ostanejo stabilne skozi vse leto, toplotne črpalke z vodnim virom pa je mogoče dobro uporabiti tudi v ekstremnih podnebjih brez padca učinkovitosti.
Čeprav podvodni sistemi ne zahtevajo obsežne priprave z odkopavanjem tal (kot je to v primeru geotermalnih sistemov), so na začetku še vedno stroškovno intenzivni v primerjavi s sistemi zrak-zrak.
Med podvodnimi sistemi je mogoče razlikovati še med sistemi z odprto in zaprto zanko. Sistem z zaprto zanko ima v sebi hladilno sredstvo, ki se nenehno reciklira skozi cevno omrežje. Hladilnega sredstva ni treba znova in znova dopolnjevati. Sistemi z odprto zanko pa zajemajo vodo iz vodnega vira in jo črpajo znotraj doma. Ta voda se nato vrne nazaj v vodni vir. Skozi omrežje se ne prečrpava neprekinjeno enaka količina vode. Toplotne črpalke na vodni vir so zato prava izbira za podeželske domove v bližini vodnih teles.
b) Toplotne črpalke zemlja vir
Ti sistemi, znani tudi kot geotermalne toplotne črpalke, uporabljajo toploto zemlje namesto vode za ogrevanje ali hlajenje notranjega prostora. Tla so tudi vir toplote s skoraj konstantno temperaturo skozi vse leto in so lahko odvisna od potreb po ogrevanju in hlajenju. Tako kot pri podvodnih toplotnih črpalkah se hladilno sredstvo pretaka skozi tuljave in zanke, ki so nameščene pod zemljo. To hladilno sredstvo se nato črpa v hišo, kjer se izmenjuje toplota.
Poleti to pomeni, da hladilno sredstvo prenaša hladno hladilno sredstvo v notranjost doma, kjer absorbira toploto iz notranjega prostora in se segreva, medtem ko se hiša ohlaja. Obratno velja pozimi, ko hladilno sredstvo oddaja toploto v prostor, medtem ko se samo ohlaja.
Podzemne cevi je mogoče položiti v več konfiguracijah. Lahko jih položimo v vodoravne zanke pod zemljo ali pa jih navpično vrtamo v večje globine v cevi. Te cevi v obliki črke U so povezane na dnu in tvorijo medsebojno povezano omrežje.
3. Vrsta toplotne črpalke:Hibridne toplotne črpalke
V zelo mrzlih podnebjih lahko toplotna črpalka zaide v težave zaradi velike temperaturne razlike med zunanjo in želeno notranjo temperaturo. To še posebej velja za sisteme zrak-zrak, ki lahko prenehajo delovati pri temperaturah blizu ledišča, zaradi česar je potrebna uporaba peči, ki so dodaten strošek.
Še več, čeprav lahko geotermalne in podvodne toplotne črpalke delujejo v širšem temperaturnem območju, so boljše pri hlajenju kot pri ogrevanju.
Za boj proti tej težavi lahko uporabite hibridne toplotne črpalke. Ti sistemi so kombinacija dveh različnih vrst toplotnih črpalk, od katerih je vsaka prilagojena različnim podnebnim razmeram in zahtevam. Primer takšne ureditve so toplotne črpalke na sončno energijo. Sončno energijo uporabljajo kot vir energije za napajanje dodatnih ogrevalnih sistemov ali pa jih je mogoče uporabiti neposredno za ogrevanje z izkoriščanjem sončne energije.
Na kratko – kateri tip toplotne črpalke je najboljši za vas?
Ne glede na to, kateri sistem boste izbrali med različnimi vrstami toplotnih črpalk, se prepričajte, da imate popolno sliko o podnebnem območju, v katerem se nahajate, vašem proračunu, zahtevah in seveda lokaciji vaše toplotne črpalke. Če nadgrajujete staro obstoječo stavbo, bi bila bolj primerna toplotna črpalka mini-split. Če pa živite blizu velikega vodnega telesa na podeželju, bi bilo vredno pogledati geotermalno ali podvodno toplotno črpalko.
Poleg osebnih preferenc in geografskih omejitev je pomembno paziti na stroške namestitve in delovanja. Kot smo že omenili, bo namestitev geotermalnega sistema draga, vendar so stroški delovanja lahko izjemno nizki v primerjavi s toplotno črpalko brez kanalov. Toda po drugi strani bo nakup in namestitev sistema brez kanalov veliko cenejši, poleg tega pa bo čas namestitve minimalen.
Če verjamete, da morate storiti še več, da dosežete veličino, potem so pametni AC krmilniki Cielo Breez vaš cilj. Te ultra-moderne pametne naprave vključujejo pametno funkcionalnost v vaše brezvodne toplotne črpalke ali klimatske naprave. Uživajte v iznajdljivosti industrije pametnih HVAC s Cielo Breez, ki odraža udobje, nadzor in priročnost vaše klimatske izkušnje.