Kako deluje toplotna črpalka
Toplotna črpalka deluje na podlagi zakona o termodinamiki. Za delovanje toplotne črpalke je potreben delovni medij (hladilno sredstvo), ki v zaprtem krožnem procesu (hladilni krogotok) stalno spreminja agregatno stanje.
Proces izhlapevanja in utekočinjanja sta dva najpomembnejša procesa, v katerih delovni medij (hladilno sredstvo) sprejema oz. sprošča toploto. Za delovanje toplotne črpalke je potreben dodaten vir energije (električna energija, plin), ki povečuje toploto in dviguje temperaturo na želeno raven.
Osnovno načelo kako deluje toplotna črpalka
Sistem delovanja toplotne črpalke tvorijo trije zaprti in med seboj neodvisni krogotoki:
AKrogotok A (primarni krogotok) zbira toploto, shranjeno v okolju, in jo prenaša v krogotok toplotne črpalke B.
BV krogotoku toplotne črpalke B (hladilni krogotok) se s pomočjo dopolnilnega vira energije (električna energija, plin) doda toplota in celotna temperatura dvigne na želeno raven.
CKrogotok C (sekundarni krogotok) prenese celotno toploto v ogrevalni sistem objekta.
Prenos toplote poteka preko ustreznega medija (nosilca toplote), ki se nahaja v vsakem krogotoku.
Podoben prenos toplote se dogaja pri Juretu, Ani in Eneji, ko se držijo za roke:
Glavni deli toplotne črpalke
Uparjalnik
Kompresor
Kondenzator oz. utekočinjevalec
Ekspanzijski oz. sprostiveni ventil
Delovni medij kot nosilec procesa
Delovni medij (hladilno sredstvo) je snov z nizkim vreliščem oz. z nizko temperaturo izhlapevanja. Delovni medij je nosilec krožnega procesa, s katerim se skozi spremembo agregatnega stanja izvaja prenos toplote iz enega krogotoka v drugega.
Pri nizki temperaturi in nizkem tlaku delovni medij sprejema toploto in izhlapeva.
Pri visoki temperaturi in visokem tlaku delovni medij oddaja toploto in se utekočini.
Zaradi varovanja okolja in učinkovitega delovanja črpalke je zelo pomembno, da delovni medij v krožnem procesu ne uhaja v okolje.
Krožno delovanje toplotne črpalke
Delovni medij je v stalnem krožnem procesu. Spremembe agregatnega stanja delovnega medija (hladilnega sredstva) se stalno ponavljajo zaradi dovajanja in oddajanja energije v zaprtem sistemu.
Prenos toplote iz okolja v toplotno črpalko
Prenos toplote iz okolja (krogotok A) v krogotok toplote črpalke (B) poteka v uparjalniku (1). V procesu prenosa toplote delovni medij toplotne črpalke izhlapi in se v krogotoku A ohladi.
Da bi dosegli prenos toplote, mora biti temperatura delovnega medija (krogotok B) nižja od temperature okolice (krogotok A).
Dovod dodatne toplote in dvig temperature skupne toplote
Kompresor (2) predstavlja “srce” toplotne črpalke. S pomočjo dodatne energije (elektrika ali plin) kompresor prečrpa uparjeni delovni medij in poveča tlak plina delovnega medija. S povečanim tlakom se plin v kompresorju stisne in temperatura delovnega medija se dvigne.
Kompresor deluje dokler se temperatura delovnega medija ne dvigne na želeno raven. Skupna toplota, ki jo prenaša delovni medij je toplota vzeta iz okolja in dodatno pridobljena toplota.
Prenos toplote ustrezne temperature na ogrevalni sistem
Prenos toplote iz toplotne črpalke v ogrevalni sistem poteka v kondenzatorju (3). V kondenzatorju se toplota iz delovnega sredstva prenese na medij krogotoka C (zrak, voda), ki je priključen na ogrevalni sistem. Pri tem se delovni medij v toplotni črpalki utekočini in se hkrati poveča temperatura medija v krogotoku C.
Da bi dosegli prenos toplote, mora biti temperatura medija v toplotni črpalki višja kot temperatura v krogotoku C.
Vrnitev v prvotno stanje in zaključek krožnega procesa
Proces hladilnega kroga se konča v ekspanzijskem ventilu (4), v katerem se tlak utekočinjenega delovnega medija izenači s tlakom v uparjalniku. Z znižanjem tlaka se temperatura delovnega medija zniža na začetno temperaturo.
Delovni medij je ponovno pripravljen za sprejem toplote iz okolja v uparjalnik (1).
Ugotovitev
Toplotna črpalka zajema glavnino potrebne toplote iz okolja (iz zraka, podtalne vode ali zemlje) in ji s pomočjo kompresorja dvigne temperaturo na primerno raven za ogrevanje.
Porabi manj APP
PRIMER 1 / Toplotna črpalka zrak-voda: Starejša hiša brez izolacije s 100 m2 ogrevane površina in starejšimi okni se ogreva na kurilno olje. S toplotno črpalko zrak/voda bi na leto prihranili približno 2.300 €. Ocena investicije je 4.700 €, povrnitev investicije pa v 2 letih.
PRIMER 2 / Hibridna toplotna črpalka: Starejša hiša brez izolacije s 100 m2 ogrevane površina in starejšimi okni se ogreva na plin. S hibridnio toplotno črpalko bi na leto prihranili približno 1.700 €. Ocena investicije je 6.000 €, povrnitev investicije pa v 3-4 letih.
Na brezplačni spletni aplikaciji Porabimanj preverite na lastnem primeru koliko denarja, energije in emisij CO2 bi lahko prihranili v primeru, da vgradite toplotno črpalko za centralno ogrevanje.
Opomba: V primeru, da vaš bivalni ali poslovni prostor ni ustrezno izoliran in nima vgrajenih kakovostnih oken, z menjavo energenta ali grelnega sistema verjetno ne boste dosegli vseh možnih prihrankov.
Ali ste vedeli?
Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796-1832) je matematik, fizik in inženir. Dobil je vzdevek »oče termodinamike«, ker je podal prvo uporabno teorijo o maksimalnem izkoristku toplotnih strojev.
Carnotovo teorijo sta kasneje uporabila Rudolf Clausius in Lord Kelvin pri formaliziranju drugega zakona termodinamike in opredelitvi pojma entropije. Vir: Wikipedia
Zanimiva dejstva
Mogoče te še zanima
Informa Echo
Informa Echo
Informa Echo
Informa Echo
Informa Echo
Informa Echo
Informa Echo
Informa Echo
You must be logged in to post a comment.