Energija se vsak dan draži. Visoki stroški za obnovo kurilnice, energijska osveščenost itn. so dejavniki, ki nas silijo spoznavati uporabo različnih virov energije. O toplotnih črpalkah se v zadnjem času zagotovo največ piše. O njih pišejo že skoraj vse revije in časopisi. Pa vendar je prav, da se seznanimo tudi z njenim osnovnim delovanjem.
Toplotna črpalka je namenjena za postavitev v dovolj velik in zračen prostor (klet, shramba, ozimnica…) katerega želimo rahlo ohladiti. Toplotna črpalka tri četrtine potrebne toplote vzame iz zraka v prostoru, ostalo predstavlja električna energija za pogon visoko kvalitetnega rotacijskega kompresorja. Vodo ogrevamo preko toplotnega prenosnika v toplotnem hranilniku.
Opis in delovanje:
Toplotna črpalka je v principu podobna kompresijski hladilni napravi in ima tudi enake sestavne elemente: kompresor, kondenzator, dušilni ventil in uparjalnik. Razlika je v tem, da hladilna naprava z uparjanjem hladilnega sredstva odvaja toploto iz prostora, to je, da znižuje temperaturo, medtem ko toplotna črpalka s kondenzacijo delovnega sredstva dovaja toploto v prostor. Pri tem izkoriščamo pojav, da se tekočine pri visokem tlaku uparjajo pri višji temperaturi, kot pa je temperatura uparjanja pri nižjem tlaku.
V sliki sta prikazana med seboj povezana dva prostora s posodo, ki je izoblikovana kot zapora. V levem prostoru je atmosferski tlak (1013,25 mbar), v desnem pa nižji tlak (133,32 mbar). Če dovajamo toploto določeni količini vode v desnem prostoru, bo ta vrela že pri temperaturi, ki je nižja od 100°C. Če premaknemo posodo s tako nastalo paro (slika ) v levi prostor, bo para pri višjem tlaku v tem prostoru kondenzirala in pri tem oddajala toploto. Torej moramo pri nižjem tlaku porabiti toploto ter potem opraviti delo (premik proti višjemu tlaku), da bi končno dobili povrnjen velik del uporabljene toplote.
Pri toplotni črpalki se pri nižjem tlaku v uparjalniku upari tekoča delovna snov, freon ali amoniak. V ta namen potrebno toploto lahko odvzamemo različnim izvorom. Za manjšo napravo zadošča na primer že, če položimo uparjalnik v zemljo. V njej je v vseh letnih časih dovolj toplote, da upari delovno sredstvo. Drugo primerno sredstvo, ki oddaja toploto, je voda, pa tudi zrak lahko uporabimo za izvor potrebne toplote.
Delo premika z nižjega na višji tlak opravi kompresor. Ta sesa paro in jo komprimira na želeni višji tlak. V kondenzatorju, ki je nameščen za kompresorjem, se ob odvajanju toplote pri višjem tlaku para utekočini. Pri tem jo vodimo skozi cevi, ki jih od zunaj obliva voda. Para oddaja svojo toploto vodi in pri tem kondenzira. Hladilna voda se lahko na ta način segreje na 6O...7O°C in jo lahko uporabimo kot nosilca toplote za toplovodno gretje.
Hladi se v radiatorjih in se vrača v kondenzator, kjer se ponovno segreva. Kondenzator toplotne črpalke nadomešča torej kotel naprave za toplovodno gretje. Utekočinjena para v sistemu ekspandira skozi ventil na nižji tlak in se v uparjalniku ponovno upari. Iz tega krožnega sistema lahko vidimo, da se nosilec toplote s kompresorjem prečrpava z nižje temperature (na primer s temperature pretočne vode 10°C) na višjo temperaturo (približno na temperaturo toplovodnega ogrevanja).
Pri tem prenesemo toplotno energijo z nižjega na višji nivo tako, da poteka proces kondenzacije in uparjanja pri različnih tlakih. Potrebno delo opravi kompresor. Grelne naprave tega tipa so gospodarne tam, kjer je električni tok za pogon kompresorja poceni. Nameščene so tudi v takšnih stavbah, kjer je potrebno gretje in hlajenje. V mlekarnah na primer kletne prostore z odvajanjem toplote v uparjalniku ohlajamo, zgornje prostore pa z dovajanjem toplote vkondenzatorju grejemo.
Slika kaže delovanje toplotne črpalke. Glede na letni čas nastavimo štiripotni ventil tako, da zrak v prostoru ogrevamo ali pa ohlajamo.
