Toplotne pumpe za grejanje i hlađenje

1. Toplotne pumpe: prednosti

Toplotna pumpa je uređaj za klimatizaciju pomoću kojeg se domovi zagrevaju ili hlade. Toplotna pumpa toplotu preuzima iz vazduha, zemlje ili vode, a zatim je prenosi u unutrašnjost objekta.

1.1. Toplotna pumpa omogućava velike uštede

Među glavnim prednostima toplotnih pumpi je činjenica da je ovakva vrsta uređaja projektovana tako da čak 75% potrebne energije preuzima iz obnovljivih izvora (voda, vazduh, zemlja), što zauzvrat omogućava velike uštede. Preciznije rečeno, toplotne pumpe preuzimaju toplotu iz okolnih izvora u vidu niskih temperatura čime se štedi više od 50% na troškovima, a pri tom je i stepen iskorišćenosti energije višestruko veći u poređenju s uređajima na fosilna goriva. Zato toplotne pumpe kao takve predstavljaju veliki potencijal. S druge strane, i emisija CO2 im je zanemarljiva u odnosu na druge uređaje te je u svakom pogledu rešenje za grejanje i hlađenje svih vrsta objekata koje ne ugrožava životnu sredinu.

2. Kako rade toplotne pumpe?

2.1. Toplotna pumpa koristi zakone fizike

Prema osnovnim zakonima fizike, prirodni tok kretanja toplote ide od viših ka nižim temperaturama. Da je reč o izuzetnom uređaju pokazuje i činjenica da je u stanju da sa relativno malom količinom energije menja smer prirodnog toplotnog toka. Upravo iz tog razloga toplotna pumpa može prenositi toplotu iz prirodnih izvora u okruženju, ali i iz veštačkih. Pored grejanja, toplotne pumpe se koriste i za hlađenje, kada se toplota iz unutrašnjosti izbacuje u okolinu.

2.2. Izvori za toplotne pumpe

Osnovni princip rada toplotne pumpe jeste prenos toplote sa jednog izvora na drugi. Najvažnija činjenica pri tom je da se energija uzima iz vode, vazduha ili zemlje koji su kao njeni izvori topliji od ambijenta u koji se prenosi. Naravno, upravo od tog izvora koji se eksploatiše zavisi i koja vrsta uređaja i opreme će se upotrebiti i kako će ceo sistem funkcionisati. Osnovna podela ovakvog tipa pumpi obuhvata sisteme voda-voda, vazduh-voda i zemlja-voda.

2.3. Snaga toplotne pumpe

Snaga toplotne pumpe je jedan od najvažnijih faktora. Nedovoljno snažna toplotna pumpa neće moći da obezbedi, odnosno, proizvede dovoljno toplote zimi, niti će leti adekvatno hladiti. S druge strane, ona većeg kapaciteta će se stalno uključivati i isključivati, ne koristeći svoj puni potencijal, a istovremeno će se povećavati habanje mehaničkih delova čime će joj se skratiti i vek trajanja.

3. Toplotne pumpe: vrste

Prema vrsti izvora energije postoje tri različita tipa toplotnih pumpi: toplotne pumpe vazduh-voda, zemlja-voda i voda-voda. Kakvi su ti uređaji, kakve su im prednosti i slabosti najbolje ćete saznati na licu mesta, od ponuđača kog angažujete, a šta sve treba da znate od opštih informacija pre nego što se uopšte odlučite za kupovinu, nabrojaćemo u nastavku.

4. Toplotne pumpe vazduh-voda

4.1. Najčešći tip toplotne pumpe

Toplotna pumpa koja radi na principu vazduh-voda koristi vazduh za zagrevanje ili hlađenje prostorija. Toplotna pumpa vazduh-voda se smatra najjeftinijim tipom ove vrste uređaja. Vazduh se generalno smatra resursom koji se ni na koji način ne može iscrpiti, ali je istovremeno dostupan svuda. Tehnologija toplotnih pumpi je napredovala do te mere da su ove, vazduh-voda, u stanju da obezbede adekvatno zagrevanje čak i pri spoljnoj temperaturi od -20°C. Pored toplote spoljnog vazduha, ova vrsta pumpe može da koristi i toplotu unutrašnjeg vazduha. Prostorije kao što su podrumi su pogodne za korišćenje toplote unutrašnjeg vazduha, jer se na takvim mestima obično održava konstantna temperatura od 3°C.

Pored podruma, potkrovlje je takođe pogodno za eksploataciju toplote unutrašnjeg vazduha, budući da temperatura uglavnom ne pada ispod 0°C.

4.2. Visoka energetska efikasnost

Toplotna pumpa vazduh-voda je u stanju da pokrije toplotne gubitke objekta do spoljne temperature od -5°C. Ako spoljna temperatura padne ispod ove granice, mora se uključiti i drugi, nezavisni izvor grejanja. Radom toplotne pumpe može se pokriti više od 90% toplotnih potreba na spoljnim temperaturama nižim od -5°C. Neizostavan deo toplotne pumpe vazduh-voda je rezervoar toplote, jer se sva potrebna energija za odleđivanje isparivača uzima iz kružnog sistema grejanja. Na ovaj način izbegava se prečesto uključivanje kompresora, a samim tim i svih ostalih elemenata sistema. Kao dopunski izvor napajanja u novogradnjama se najčešće koriste električna grejna tela, premda to mogu biti i drugi sistemi.

4.3. Toplotna pumpa za sanitarnu vodu

Toplotna pumpa vazduh-voda se takođe koristi za zagrevanje vode u domaćinstvima, pri čemu je na sistem povezan i bojler. Toplotna pumpa može zagrejati do 1.400 L vode dnevno, a njena  ekonomska prednost ogleda se i u trostruko manjoj potrošnji električne energije u odnosu na obične električne grejače.

4.4. Cena toplotne pumpe vazduh-voda

Cene za toplotne pumpe vazduh-voda, koje se smatraju najjeftinijima, počinju od 2.500 EUR pa idu naviše, u zavisnosti od tipa, snage, veličine i još nekih faktora koliko i od ponuđača. 

5. Toplotne pumpe zemlja-voda

5.1. Toplotna pumpa koja koristi geotermalnu energiju

Toplotna pumpa zemlja-voda, zapravo je poznatija kao geotermalna pumpa koja toplotu za grejanje i hlađenje prostorija crpi iz zemlje. Zemlja jeste veliki i neiscrpan izvor toplote, pošto se u njoj akumuliraju velike količine sunčeve energije, a koja se bez problema može koristiti za termoregulaciju u bilo kom objektu. Toplotna pumpa zemlja-voda tako koristi svu toplotu uskladištenu u okolnom zemljištu i pumpa vodu kroz podzemni sistem.

Rad toplotne pumpe zemlja-voda može biti isti kao i rad grejača ili bojlera, osim što toplotna pumpa za grejanje koristi toplotu iz zemlje, dok je bojlerima neophodna struja ili neki drugi energent.

Toplotna pumpa zemlja-voda toplotu iz zemlje crpi na dva načina: sa površine, pomoću horizontalnih kolektora zakopanih na manje od dva metra ispod zemlje na velikom delu parcele ili geosondama koje dopiru desetinama metara u dubinu. Pumpanjem se povećava temperatura vode koja se potom koristi za zagrevanje prostorija i grejanje sanitarne vode. Toplotna pumpa za pokretanje zahteva električnu energiju, ali je ta potrošnja minimalna u poređenju sa toplotom koju proizvodi.

5.2. Imate li dovoljno mesta?

Da bi se sistem geotermalne pumpe instalirao, potrebno je dovoljno spoljnog, tačnije, površinskog prostora. Treba napomenuti da ovaj sistem nije pogodan za sve objekte. Da li ga ima ili nema za ugradnju ovog tipa sistema, određuje se na osnovu raspoloživog prostora na parceli, budući da mora biti mesta i za instalacije, uređaje i opremu, odnosno mehanizaciju pomoću koje će se postaviti. 

5.3. Toplotna pumpa zemlja-voda i troškovi bušenja

Ovde se pre svega misli na troškove bušenja, tačnije, pravljenja odgovarajuće bušotine, koji prvenstveno zavise od položaja sistema, a potom i od načina rada. Kao glavne prednosti toplotnih pumpi zemlja-voda pominju se izdržljivost i nezahtevno, osnovno održavanje. Kod geotermalnih pumpi većina mehaničkih delova je zaštićena jer je pod zemljom, tako da nekog posebnog, stručnog održavanja nema. Još jedna prednost koju treba dodati je da geotermalne toplotne pumpe nemaju eksterni kondenzator te je njihov rad sasvim tih.

5.4. Koliko košta toplotna pumpa zemlja-voda?

Za toplotnu pumpu zemlja-voda treba izdvojiti više novca nego za najjeftiniji i najpopularniji model vazduh-voda. Cene toplotnih pumpi zemlja-voda variraju između 5.000 i 10.000 EUR. 

6. Toplotne pumpe voda-voda

6.1. Toplotna pumpa koja koristi toplotu podzemnih voda

Funkcionisanje toplotne pumpe voda-voda zasnovano je na principu iskorišćavanja temperature podzemne vode, pri čemu se zimi toplota iz zemlje dobija cevima postavljenim ispod površine, sistemom petlji ili pomoću dubokih sondi, ako se podzemna voda nalazi dublje. Na osnovu tako osmišljenog principa odnosno sistema rada, voda može da cirkuliše cevima preko petlje u zemlji i na taj način prenosi toplotu u objekat. Zbog svojih dobrih termodinamičkih svojstava, voda je idealno rešenje za toplotne pumpe. Drugi razlog zašto je eksploatacija podzemnih voda jedan od najčešće korišćenih načina iskorišćavanja energije vode jeste minimalna fluktuacija temperature podzemnih voda (računa se da je konstantno 12-14°C).

Pre ugradnje sistema za pumpu voda-voda, mora se ispuniti niz faktora kojima se utvrđuje da li je ugradnja takvog uređaja i sistema svrsishodna ili nije.

6.2. Potrebna je dozvola za korišćenje podzemnih voda

Pre svega, potrebno je pribaviti vodnu dozvolu za korišćenje podzemnih voda, koja je uslovljena analizom vode. Dakle, prvi uslov je da se objekat ne nalazi na zaštićenom području. Za ugradnju toplotne pumpe ove vrste neophodni su obimniji zemljani i građevinski radovi. Zbog toga unapred treba da imate u vidu da će to morati da bude posao prepušten profesionalcima, budući da samo oni imaju odgovarajuće znanje, iskustvo i, svakako, neophodne mašine i alat.

Zadatak potapajuće pumpe je da pumpa podzemnu vodu iz usisne bušotine preko toplotne pumpe u ispusnu pumpu.

Sledeći uslov je usisna bušotina, odnosno, obavezna detaljna analiza koja obuhvata geološki pregled zemljišta i podzemnih voda pre početka njenog postavljanja. Svrha usisne bušotine je zahvatanje vode zahvaljujući kojoj sistem i funkcioniše. Preduslov za ispravan rad toplotne pumpe sistema voda-voda je to da usisni mehanizam bude postavljen u pravcu toka vode. Na taj način se izbegava mešanje tople i hladne vode. Izgradnja usisnih i odvodnih bušotina mora se prepustiti stručnjacima. Pored navedenih faktora, svakako je neophodna i odgovarajuća dimenzija cevi, ali ne sme se zaboraviti ni potapajuća pumpa koja se ugrađuje u usisnu bušotinu.

6.3. Cena toplotne pumpe voda-voda

Cene za toplotne pumpe sistema voda-voda su uporedive sa sistemom zemlja-voda i kreću se takođe između 5.000 i 10.000 EUR.

7. Opis tabela

Tabele sadrže vrste energenata sa približnim vrednostima početnih investicija i godišnjih troškova grejanja te okvirne nabavne cene svakog od njih, kao i poređenje godišnjih troškova grejanja za tri primera objekata: starije zgrade izgrađene posle 1980. godine sa minimalnom izolacijom, novoizgrađenih objekata sa dobrom izolacijom i niskoenergetskih kuća. Uzeli smo da referentna površina iznosi 150 m2, ali imajte u vidu da se ove vrednosti brzo menjaju i da je njihov raspon zaista veliki te zavisan od višestrukih i raznorodnih faktora.