Toplinske pumpe

Onaj to je bio pažljiv na satu fizike zna da hladnoća uopće ne postoji.

Postoji samo toplina i ima je više ili manje. Stoga je izjava "hladno mi je" s fizikalne točke gledišta neispravna . Ispravna bi bila tvrdnja "manje mi je toplo". Naime, toplina je kretanje molekule.

Tek kod -273,15º C molekularno se više ništa ne kreće. A i onda nije hladno, već se može reći da uopće više nije toplo. Gledano tako, voda s temperaturom od 10º C je još sasvim topla. No, s njom se ne može zagrijati nikakav prostor. Jer, toplina se uvijek mijenja s toplog na hladno. Uspije li se postići da toplinska energija vode dođe na višu temperaturnu razinu, ona se može koristiti u kućnoj tehnici. To je zadatak koji trebaju ostvariti toplinske crpke.

Isparivač, ukapljivač i ekspanzijski ventil

Tako kao što crpka može podići vodu s malog tlaka na viši tlak, tako toplinske crpke podižu temperaturnu razinu toplinske energije. Postoje kompresijske i apsorpcijske toplinske crpke. Glavni sastavni dijelovi toplinske crpke su isparivač, ukapljivač i ekspanzijski ventil. Između isparivača i ukapljivača nalazi se i koristi osim toga i kompresor.

Kao radno sredstvo koristi se tvar koja isparava već kod niskog tlaka i niske temperature, npr. FCKW-slobodno rashladno sredstvo. To rashladno sredstvo stalno prolazi kroz sve građevne dijelove toplinskih crpki kada su one u pogonu. Stoga se govori o kružnom procesu (optoku) toplinske crpke. Taj optok započinje u isparivaču.

Kao isparivač koriste se najčešće isparivači s lamelnom cijevi, koaksijalni ili oni sa (svežnjem) snopom) cijevi. To o visi o energiji okoliša iz koje se crpi toplina. Dakle, isparivač nije ništa drugo do izmjenjivač topline. U njemu se tekuće pogonsko sredstvo koje stoji samo pod malim tlakom dovodi preko topline iz zraka do vode ili u zemlju na isparavanje. Pogonsko sredstvo u obliku pare struji iz isparivača u kompresor.

Kompresor funkcionira kao zračna crpka

Kompresor je najčešće kompresor s podiznim klipom ili kotrljajućim klipom i funkcionira mehanički. U pravilu kompresor radi na električni pogon. No, postoje varijante i na dizelski i plinski motor. Njihova je prednost u tome što se može koristi dospjela odlazna toplina. Kompresor se može usporediti s zračnom crpkom: on komprimira (stlačuje) pogonsko sredstvo u obliku pare.

Preko te kompresije ostvaruje se enormni porast temperature. Sada parno i vruće pogonsko sredstvo struji dalje prema ukapljivaču. On se naziva i kondenzator. Ukapljivač je kao i isparivač izmjenjivač topline. Ovdje se koriste koaksijalni, lončasti i lamelni ukapljivači.

Ukapljivač sada ima zadatak predati energiju iz parnog, vrućeg pogonskog sredstva u vodu ogrjevnog medija koja se vraća od radijatora natrag u optoku grijanja. U tu se svrhu pogonskom sredstvu oduzima toliko topline da se ono kondenzira, mijenja agregatno stanje i ponovno postoji u tekućem obliku. Nakon ukapljivača se mora opustiti pogonsko sredstvo koje još stoji pod tlakom. To se odvija pomoću ekspanzijskog ventila. Ventil služi još i kao prigušni ventil, budući da regulira prostornu struju pogonskog sredstva.

Kako bi se zajamčila regulacija iza isparivača je ugrađen senzor. Ako temperatura naraste i postane previsoka, ventil se otvara i pogonsko sredstvo struji jače preko isparivača, tako da se prima manje energije. No, ako je temperatura preniska, ventil reducira otvor za strujanje i sredstvo struji sporije preko izmjenjivača topline. Nakon što je pogonsko sredstvo ponovno rasterećeno i u tekućem stanju, kružni tok (optok) se zatvara i ponovno započinje iznova svoj optok.

Mali plamen a veliki učinak

Za razliku od kompresijske toplinske crpke, apsorpcijska toplinska crpka nema kompresor. Na mjestu kompresora nalaze se apsorber, crpka s otapalom, istjerivač kao i drugi ekspanzijski ventil. Pogonsko sredstvo s kojim radi ta toplinska crpka, mora biti topivo u vodi, kao npr. amonijak (NH3). U isparivaču se kod apsorpcijske toplinske crpke događa isto kao i kod kompresijske toplinske crpke. No, nakon isparivača parno pogonsko sredstvo struji u apsorber.

Tamo ga prihvaća voda, dakle, ono se apsorbira. Budući da kod apsorpcijskog postupka već nastaje toplina, ona se odmah "crpi" pomoću jednog posebnog izmjenjivača topline. Mješavina tekućeg, vodenog pogonskog sredstva koja nastaje u apsorberu, nalazi se samo pod niskim tlakom. Još nije došlo do bitnog temperaturnog porasta. Crpka na tekućinu koja je ugrađena nakon apsorbera transportira mješavinu u istjerivač.

Pri tome povisuje tlak mješavine. Istjerivač u kojega je sada dospjela tekuća mješavina ima zadatak opet odvojiti mješavinu. Odvajanje se odvija na temelju različitih temperatura vrelišta vode i pogonskog sredstva. Dovoljno je samo malo zagrijavanje kako bi se opet "istjeralo" pogonsko sredstvo iz vode.

Zasigurno usporedba nije baš najbolja - ali to je tako kao kada bi se voda u kadi napunjenoj vodom dovela do vrelišta pomoću plamena upaljača. Pogonsko sredstvo je sada opet u plinovitom stanju, a voda opet u tekućem. Voda koja se nalazi pod tlakom vraća se u apsorber preko dodatnog ekspanzijskog ventila. Vruća para pogonskog sredstva ima iz istjerivača isti put kao i kod kompresijske toplinske crpke.


Monovalentno zagrijavanje

Ako se pođe od toga da toplinska crpka isporučuje dovoljno toplinske energije, kako bi se u potpunosti pokrile toplinske potrebe zgrade, onda nije potreban niti jedan daljnji uređaj za proizvodnju topline - primjerice ogrjevni kotlić. U tom se slučaju govori o monovalentnom zagrijavanju. Sada, međutim, postoje i postrojenja koja ne osiguravaju uvijek dovoljno energije, kako bi se pokrile potrebne toplinske potrebe.

Dakle, kod tih postrojenja potreban je dodatni proizvođač topline koji se uključuje nakon toplinske crpke. Budući da sada više ne postoji samo jedan uređaj (mono), već dva (bi), riječ je o bivalentnom pogonu. Ako se za dodatno grijanje koristi ista energija kao i za pogon toplinske crpke, riječ je o monoenergetskim postrojenjima.

Kod bivalentnog pogona razlikuje se alternativni ili paralelni pogon. Kod alternativnog pogona radi ili toplinska crpka ili dodatno grijanje. To najviše ovisi o vanjskoj temperaturi. Kod paralelnog pogona toplinska crpka radi uvijek, a drugi proizvođač topline se uključuje samo kada toplinska crpka ne može osigurati dostatnu toplinsku snagu .

Zračna toplinska crpka

Zrak je toplinski izvor kojega toplinske crpke mogu najjednostavnije koristiti. I to bi onda zapravo bile sve prednosti tog toplinskog izvora. Jer, za transport zraka do toplinske crpke potreban je ventilator. A njemu je potrebna električna struja. Budući da zrak ima samo mali toplinski kapacitet (c = 0,36 Wh/m3 · K) u usporedbi s vodom (c = 1,16 Wh/m3 · K) i tako može primiti samo malo energije, potrebna je velika prostorna struja kako bi se moglo iskoristiti dovoljno energije.

Daljnji nedostatak je u tome da kod vanjske temperature od 3º C nije moguć pogon, budući da su onda postrojenja izvrgnuta opasnosti od smrzavanja. A to znači: Upravo onda kada je hladno potrebno je odreći se energije iz zračne toplinske crpke. Umjesto zraka može se koristiti voda. Voda ima prednost da posjeduje veliki toplinski kapacitet i stoga već u manjim količinama ima više energije od zraka. Ukoliko se u blizini nalazi jezero ili rijeka, mogu poslužiti kao toplinski izvor. Kod korištenja površinske vode, dospijevaju relativno niski troškovi, budući da je potreban samo usisni i odvodni vod, kao i crpka.

Toplinska crpka na vodu

Podzemna voda kao toplinski izvor uvijek stoji na raspolaganju s ujednačenom temperaturom. Kako bi se mogla koristiti podzemna voda, potreban je zdenac za crpljenje vode, koji prikuplja podzemnu vodu za toplinsku crpku i zdenac za polagano kapanje (curenje) vode, u kojemu se ohlađena voda ponovno vraća u zemlju.

Korištenje topline zemlje nudi više prednosti. Zemlja i zimi uvijek ima temperaturu od 0º C do 10º C. Kako bi se iskoristila ta toplina, polaže se - slično kao kod podnog grijanja - cijevni sustav u vrtu ispod površine zemlje.

Taj mega izmjenjivač topline radi s ekološkom neštetnom mješavinom za zaštitu od smrzavanja (sole). Sole prima toplinu zemlje i dovodi je do isparivača. Cijevi se polažu na dubini od 0,8 m do 2,0 m kao cijevna zavojnica (spirala) na razmaku od ca. 0,5 m. Za kilovat toplinske snage potrebno je za to oko 20 m2 do 40 m2 površine tla. Ako ta površina ne stoji na raspolaganju, mogu se koristiti zemljane sonde. One se instaliraju okomito u 20 m do 50 m dubokim bušenim rupama.

Toplinska crpka onda može doslovno crpsti toplinu iz hladne podzemne vode i dovesti ju na razinu koja se može korisno upotrijebiti u tehnici. A na taj se način i dokazuje da je ono što označavamo kao "hladno" zapravo prilično toplo.

Izvor: masmedia.hr