V uparjalniku se toplota iz okolja prenese na tekoče hladilno sredstvo, ki zaradi svojih posebnih lastnosti izhlapeva že pri nizkih temperaturah.
Kako delujejo toplotne črpalke
Zahtevajte brezplačno svetovanjeToplotna črpalka pridobiva energijo za ogrevanje iz okolja. Njen način delovanja temelji na podobnem principu kot pri hladilniku, le da je obraten. Medtem ko hladilnik odvzame toplotno energijo iz notranjosti hladilnika in jo odvaja navzven, toplotna črpalka deluje v nasprotno smer: iz okolja zunaj stavbe pridobiva toplotno energijo in jo uporablja za ogrevanje notranjih prostorov. Poleg tega, da črpa toploto iz zunanjega ali notranjega zraka, lahko toplotna črpalka tudi izkorišča toplotno energijo iz podtalnice in tal.
Important facts at a glance:
- A heat pump extracts up to three quarters of the energy it needs from the environment (air, ground, or water) and only one quarter from electricity.
- The core components are the evaporator, compressor, condenser, and expansion valve, which work together in a closed circuit.
- Heat pumps function reliably even at very low outdoor temperatures and can be used to cool rooms in addition to heating them.
Struktura in način delovanja toplotne črpalke
Sistem toplotne črpalke, ne glede na vir okoljske energije, običajno sestoji iz treh osnovnih delov:
Sistem vira toplote: Ta del sistema pridobiva energijo iz okolja, bodisi iz zraka, vode, ali tal, odvisno od tipa toplotne črpalke. Vir toplote služi kot vir energije za toplotno črpalko.
Toplotna črpalka: To je srce sistema, ki omogoča prenos in povečanje toplote iz okoljskega vira na način, ki omogoča uporabo te toplote za ogrevanje. Toplotna črpalka izvaja procese, ki dvigujejo temperaturo toplote in jo usmerjajo v stavbo.
Sistem za distribucijo in shranjevanje toplote: Ta del sistema skrbi za distribucijo toplote po stavbi in njeno shranjevanje za kasnejšo uporabo. To vključuje cevovode, radiatorje ali talno ogrevanje ter morebitne shranjevalnike toplote, kot so bojlerji ali akumulacijski rezervoarji.
Sestavni deli toplotne črpalke uspešno izkoriščajo energijo iz okolja s tesnim sodelovanjem med seboj. Postopek se običajno začne s sistemom vira toplote. Pri geotermalnih toplotnih črpalkah se v tem sistemu uporablja mešanica vode in proti zmrzovanju s slanico, ki se segreva. Pri toplotnih črpalkah zrak-voda pa se zunanji zrak zajema s pomočjo ventilatorja. Nato se tako slanica kot tudi zunanji zrak usmerita v sam proces toplotne črpalke.
V procesu, imenovanem hladilni cikel, toplotna črpalka dvigne temperaturno raven teh virov toplote. Nato se toplota prenese v distribucijski sistem, ki običajno vključuje ogrevalne plošče, radiatorje ali pa se začasno shrani v hranilnik toplote ali rezervoar vroče vode. Ta koordinirani proces omogoča učinkovito izkoriščanje energije iz okolja za ogrevanje prostorov ali pripravo tople sanitarne vode.
Proces hladilnega cikla je je bistvenega pomena za delovanje toplotne črpalke
Ker temperatura pridobljene toplote običajno ni dovolj visoka za ogrevanje stavbe ali ogrevanje vode, je za delovanje toplotne črpalke potreben termodinamični proces. Ta proces hladilnega cikla se izvaja v štirih korakih in se neprekinjeno ponavlja:
Kompresor, ki ga poganja električni tok in je znan kot kompresor, sesa hlape hladilnega sredstva in jih stiska. S povečanjem tlaka se dvigne tudi temperatura. To načelo ni opazno le pri delovanju toplotne črpalke; če zapremo odprtino na kolesarski zračni črpalki in stiskamo zrak, se valj zračne črpalke ogreje.
V kondenzatorju se toplota prenese iz vročih hlapov hladilnega sredstva v sistem za distribucijo toplote. Ko hladilno sredstvo odda energijo, se ohladi.
Tako imenovani ekspanzijski ventil zmanjša tlak hladilnega sredstva. S tem se hladivo vrne v svoje prvotno stanje in proces toplotne črpalke se lahko ponovi. To načelo je mogoče opaziti tudi na primeru jeklenke s tekočim plinom: če je ventil odprt, lahko celo poleti pride do nastanka ledu na njem.
Hladivo je ključnega pomena za delovanje toplotne črpalke
Pomembna lastnost hladilnega sredstva je njegovo nizko vrelišče, zaradi česar prehaja iz tekočega v plinasto stanje že pri nizkih temperaturah. To se zgodi že pri temperaturah nižjih od -20 stopinj Celzija. Zato lahko toplotna črpalka deluje tudi pozimi, ko so zunanje temperature nizke. Viessmannove toplotne črpalke najnovejše generacije uporabljajo naravno hladilno sredstvo propan (R290), ki po svojih lastnostih ne odstopa od klasičnih hladilnih sredstev.
Opombe o načinu delovanja
Kako toplotne črpalke delujejo pozimi in na kaj je treba paziti pri električni energiji za toplotne črpalke? Preberite več podrobnosti o delovanju in funkciji toplotne črpalke.
Za kompresijo je potreben električni tok
Ključen sestavni del hladilnega kroga je kompresor. Brez kompresije bi bile izhodne temperature prenizke, da bi lahko ogreli stavbo na udobno temperaturo, še posebej v zelo mrzlih dneh. V praksi se uporabljajo različni tipi kompresorjev, med njimi batni in spiralni kompresorji, ki delujejo na električni pogon. Poraba energije toplotne črpalke za kompresijo je odvisna od več dejavnikov, vključno s potrebo po toploti, vrsto kompresorja in razliko v temperaturi med virom toplote in ogrevalnim sistemom. Na splošno velja pravilo: večja kot je temperaturna razlika med virom toplote in izhodno temperaturo, več dela mora kompresor opraviti.
Primerjava tarif za električno energijo za toplotno črpalko
Delovanje toplotne črpalke praviloma temelji na električni energiji. Številni dobavitelji energije ponujajo tarife za toplotne črpalke s posebnimi pogoji za lastnike toplotnih črpalk. Te so lahko cenejše od običajne električne energije za gospodinjstva, vendar veljajo določeni pogoji. Dobavitelj energije ima na primer pravico, da toplotno črpalko odklopi od oskrbe z električno energijo v tako imenovanih obdobjih izpada električne energije. Poleg tega je za električno energijo iz toplotne črpalke potreben dodaten števec električne energije. Ali takšna tarifa pride v poštev in je ugodnejša, je zato treba preveriti že na začetku. Vendar je treba opozoriti, da se lahko ekološko ravnovesje toplotne črpalke izboljša, če električna energija izvira iz obnovljivih virov energije.
Zagotovljena oskrba s toploto tudi pozimi
Delovanje toplotne črpalke je zanesljivo tudi pri zelo nizkih zunanjih temperaturah. Oskrba s toploto je še posebej učinkovita pri toplotnih črpalkah voda-voda in zemlja-voda, saj v zemlji in podtalnici prevladujejo stalne temperature skozi vse leto. Toplotne črpalke zrak-voda pa delujejo tudi pri zelo nizkih temperaturah. V primeru ekstremno nizkih zunanjih temperatur lahko za začasno dodatno ogrevanje poskrbi električni grelnik, če je to potrebno.
Funkcija toplotne črpalke za hlajenje
Princip delovanja toplotne črpalke je reverzibilen. Zato lahko prostore ne le ogrevate, temveč tudi hladite - če so izpolnjene tehnične zahteve. Razlikovati je treba med naravnim in aktivnim hlajenjem. Medtem ko je pri slednjem funkcija toplotne črpalke aktivno obrnjena, ostane pri pasivnem ali naravnem hlajenju izklopljena.
FAQ – Frequently asked questions about how heat pumps work
The power consumption of a heat pump depends, among other things, on its efficiency (annual performance factor) and the required heating capacity. Most of the heating energy comes from the environment; the electricity is mainly needed to operate the compressor.
Yes, most modern heat pumps can generate hot water for the household in addition to heating rooms. There are also standalone hot water heat pumps specifically designed for hot water production, which efficiently heat drinking water all year round. These can either use exhaust air from the house (e.g., from the basement or laundry room) or extract heat from the outside air. You can find out more about this special type of heat pump in our guide to hot water heat pumps.
Yes, Viessmann offers heat pumps that reach high flow temperatures (e.g., 70 °C) and can therefore also be used in well-insulated existing buildings with conventional radiators.
You can read more about this in our guide to heat pumps in older buildings.
The combination of a heat pump and a PV system is ideal. The solar power generated during the day can be used directly to operate the heat pump, which further reduces operating costs and increases independence.
A geothermal heat pump uses the heat stored in the ground. There are two main methods used for this:
- Ground probes: These are drilled vertically up to 100 meters deep into the ground. They require little space and are particularly efficient.
- Ground collectors: These are laid horizontally and over a large area at a shallow depth. They are cheaper to install but require a larger garden area.
The most suitable method depends on the conditions of your property. You can find more details in our guides to ground collectors and geothermal probes.
