Toplotne pumpe

Sistemi sa toplotnim pumpama predstavljaju veoma komforan, efikasan, ekonomičan i na kraju ekološki veoma prihvatljiv izbor za svakog korisnika i prirodno okruženje.

Takav tip sistem Vam omogućava da putem jednog uredjaja, toplotne pumpe, obezbedite za Vaš objekat grejanje, hladjenje uz aktiviranje reverzibilnog načina rada, kao i pripremu potrošne sanitarne vode tokom cele godine.
Da bismo lakše razumeli tematiku toplotnih pumpi, možemo svaki uredjaj koji u sebi poseduje freon kao radni medijum koji kruži u samom uredjaju, odnosno ima svoj ciklus i uzima energiju iz spoljašnje sredine a predaje je putem nekog uredjaja unutrašnjosti objekta, koji hladi ili greje, možemo zvati toplotnom pumpom. U zimskim uslovima unutrašnjosti objekta se predaje toplota za grejanje objekta, a u letnjim energija potrebna za rashladjivanje samog objekta što se postiže okretanjem ciklusa kruženja freona o čemu će kasnije biti više reči.

U savremenom svetu u kojem živimo velika pažnja se posvećuje i samom načinu upraljanja sistemom i komforu korisnika po tom pitanju. Automatika i kontoleri toplotnih pumpi nam omogućavaju da sa jednog mesta, sobnog kontrolera, ili putem wi fi-ja preko telefona ili računara možemo da upravljamo sistemom i podešavamo da li želimo da se trenutno grejemo, hladimo i koju temperaturu želimo u prostoru i u bojleru tople vode.

Kao izvor energije za rad toplotnih pumpi najčešće se koriste energija zemlje (sistem geosondi ili podzemnih kolektora), podzemnih voda (bunarski sistem) ili energija vazduha iz spoljašnje sredine kao najčešći izbor. Na ovaj način izvor energije je dostupan u neograničenim resursima i ne zagadjuje se okolina, čime se smanjuje značajno emisija CO2. Prema vrsti izvora energije koji koristimo, toplotne pumpe delimo na tri najčešće grupe a to su : Vazduh-voda, Voda-Voda i Zemlja - Voda, gde se prva reč odnosi na izvor energije koji koristimo a druga da se u sistemu grejanja i hladjenja kao radni medijum nalazi voda (ili mešavina voda-glikol). Kao posrednik u predaji toplote izmedju izvora energije (vazduh, voda, zemlja) i vode u sistemu koristi se radni medijum freon, najčešće R410a ili R32a, koji zahvaljujući svojim termofizičkim karakteristikama i tehnologiji rada toplotnih pumpi omogućuje prenos energije sa jednog dela sistema na drugi uz značajno manji utrošak električne energije u odnosu na konvencionalne sisteme grejanja (elektro uredjaji).



Vazduh kao izvor energije predstavlja najdostupniji i neiscrpan izvor energije, dostupan je svuda oko nas i u svakom trenutku. Ovi sistemi su laki za montažu, značano skraćuju vreme montaže u odnosu na konvencionalne sisteme grejanja, ne zahtevaju puno prostora za smeštaj opreme ni sa spoljašnje strane objekta ni u unutrašnjosti samog objekta i veoma su jednostavni i laki za korišćenje i upravljanje od strane samog korisnika. Takodje dobro projektovani i dobro podešeni sistemi su se pokazali kao veoma ekonomični i pouzdani u radu, bez toga da iziskuju neki veliki angažman korisnika prilikom održavanja jer se sistem maltene sam prilagodjava zahtevima objekta za grejanjem i hladjenjem na osnovu podešenih parametara. Ovi sistemi su najosetljivi na promenu spoljašnje temperture i podložni su povremenom zaledjivanju izmenjivača toplote spoljašnje jedinice u zimskom i prelaznom periodu, pogotovo u predelima sa visokom vlažnošću vazduha i u periodima kad je spoljašnja tempertura izmedju +7 oC i -7 oC kada je procenat vlage u vazduhu najveći. Zbog ove pojave toplotne pumpe vazduh voda poseduju tehnologiju ,,defrosta’’ odnosno otapanja izmenjivača toplote spoljašnje jedinice. Zahvaljujući navedenom ova pojava ne predstavlja problem u radu ovih uredjaja, već se smatra sastavnim delom rada uredjaja, koji tehnologija ,,defrost’’ sa lakoćom rešava.

Podzemne vode kao i energija tla predstavljaju veoma pouzdan izvor energije sa stanovišta temperature izvora koja je gotovo konstantna tokom cele godine sa malim oscilacijama. Ovi uredjaji za razliku od vazduh voda sistema imaju manju oscilaciju kapaciteta u zimskom periodu, stabilniji COP i EER koeficijent, nemaju potrebu za defrost tehnologijom, ali sa druge strane iziskuju značajno veće investicione troškove, detaljno ispitivanje dostupnosti podzemnih voda, izdašnosti bunara, temperature tla, kao i hemijskog sastava i kvaliteta vode. U sistemima voda-voda obavezna je upotreba izmenjivača toplote izmedju bunara i uredjaja toplotne pumpe zbog zaštite uredjaja, dok je u medju krugu od izmenjivača do uredjaja obavezna upotreba mešavine voda-glikol. U sistemu geosondi i bunarskih sondi najčešće se nalazi mešavina voda-glikol, dok upoteba izenjivača toplote nije neopohodna jer je sistem zemlja-voda zatvoren sistem. Svako odstupanje od zahtevanih parametara, preporuka i potrebnog kvaliteta izvora energije može dovesti do velikih problema u eksploataciji ovih sistema. Ovi sistemi osim u grejanju i ativnom hladjenju, mogu da rade i u pasivnom hladjenju gde se bunarska ili voda iz geosondi temperature od 13oC-18oC vodi u sistem, bez rashladnog učinka toplotne pumpe. Ovaj način hladjenja se najčeše upotrebljava za visoko temeraturne sisteme površinskog hladjenja da bi se izbeglava pojava kondenzacije u završnim slojevima podova, zidova ili plafona zbog niske temperature vode i vlage u prostoru. Takodje, na ovaj način se vrši odredjena ušteda električne energije u radu toplotne pumpe.

Sve prethodno navedeno nas dovodi do zaključka da je pre odluke za koji ćete se sistem toplotnih pumpi odlučiti veoma važno konsultovati stručna lica radi sagledavanja dostupnosti i kvaliteta izvor energije, samog objekta, optimalnog sistema grejanja i hladjenja kao i ispitati rentabilnost takog uredjaja.Sve navedeno za krajnji rezultat treba da ima izbor najfunkcionalnijeg, investiociono i eksploataciono najisplativijeg sistema za Vas kao korisnika.



Gotovo ¾ potrebne energije se može dobiti iz obnovljivog izvor energije dok se ¼ energije za grejanje ili hladjenje dobija utroškom električne energije. Naročita važan parametar za svakog korisnika toplotnih pumpi predstavlja odnos dobijene grejne i utrošene električne energie koji zovemo COP,u zimskom periodu, a odnos dobijene energije za hladjenje i utrošene električne u letnjim mesecima ima oznaku EER. Kod Hisense Vazduh - Voda toplotnih pumpi instalisanog kapaciteta od 16kW ovi koeficijenti iznose COP=4,78 što znači da za 1kW električne energije dobijamo 4,78kW energije za grejanje , dok je EER=2,53 sto znaci da za 1kW potrošene električne energije dobijamo 2,53 kW energije za hladjenje. Dok se opseg rada samog uredjaja kreće u grejanju do čak -20 oC a u hladjenju do +43oC tmperature spoljašnjeg vazduha.

Sistemi toplotnih pumpi su pogodni za grejanje, hladjenje i pripremu potrošne tople vode za pojedinačne porodične kuće, stanove, prodajne objekate, kancelarijske prostore, hotele i mnoge druge objekte različite namene. Izbor tipa tolotne pumpe i izvora energije zavisi od namene objekta, kvaliteta ugradjenih materijala u objekat, izolacije, dostupnosti izvora energije, investicionih troskova kao i sistema grejanja i hladjenja na koji se toplotna pumpa povezuje.

Toplotne pumpe kao uredjaji su najefikasniji kada se primenjuju u sistemim nisko temperaturnog podnog i zidnog grejanja i fan coil uredjaja, kao i u visoko temperaturnim sistemima zidnog i plafonskog hladjenja i niskotemperatunog sistema sa fan coil uredjajima, redje u sistemima radijatorskog grejanja, ali veoma često se koriste i za pripremu sanitarne tople vode gde su se pokazali kao veoma ekonomični. Kod nisko temperaturnih grejanja, tempertura vode koja ulazi u sistem grejanja se najčešće kreće u rasponu 35oC-40oC dok se kod nisko temperaturnog hladjenja kreće od 7oC-10oC. Visoko temperaturno hladjenje se uglavnom projektuje sa temperaturama od 15oC – 20oC, gde se ulazna temperatura vode u sistem mora kontrolisati i na osnovu vrednosti vlage u prostori da ne bi došlo do pojave kondenzacije u završnim gradjevinskim slojevima, u slučaju da ne postoji kontrola vlage u samom prostoru koji se hladi. Što je manja razlika izmedju vrednosti temperature spoljašnje sredine i temperature vode koja polazi u sistem grejanja efikasnost uredjaja je veća. Takodje, što je niža temperatura vode koja polazi u sistem grejanja smanjuje se potrošnja električne energije, gde se prema nekim iskustvenim podacima došlo do podatka da se sa jednim stepenom vode u sistemu štedi 2,5% električne energije u radu toplotne pumpe. Odavde sledi osnovno pravilo tehnike hladjenja i grejanja, da ne treb hladiti ili grejati objekat na višu temperaturu nego što je potrebno jer se u suprotnom uzaludno troši eenergija. Pored primene navedenih sistema grejanja i hladjenja, ovakvi sistemu su najisplativiji i njihova primena je optimalna za objekte novogradnje više klase energetske efikasnosti gde se gubici toplote u zimskom periodu kreću izmedju 40-60W/m2, dok su kod pasivnih kuća ovakvi sistemi daleko najisplativiji.


HISENSE TOPLOTNE PUMPE VAZDUH-VODA

Kako smo napisali u prethodnom delu teksta, vazduh-voda toplotne pumpe rade sa vazduhom iz spoljašnje sredine kao neiscrpnim izvorom energije. Ovaki tipovi sistema predstavljaju investiciono najekonomičniji izbor toplotnih pumpi dok eksploataciono njhova rentabilnost zavisi od mnogo faktora. Kako smo svedoci klimatskih promena koje se dešavaju oko nas, došli smo do podatka da je prosečna zimska temperatura za grad Beograd poslednjih godina iznosila preko 5oC, dok su temperature od -10,-15oC veoma retke i javljaju se svega nekoliko dana u godinu. Sa pravom se pitate šta se dešaa sa ovm uredjajima na tako niskim temperaturama? Na prosečnim zimskim temperaturama ovi uredjaji zadržavaju visok kapaciet grejanja u odnosu na nominalni (kataloški naveden) dok su problemi sa ekstremno niskim temperaturama rešeni upotrebom najsavremenije tehnolgije inverter EVI kompresora koji omogućavaju da uredjaji i na ovako niskim temperaturama zadržavaju izuzetno visok kapacitet grejanja uz svega nekoliko procenata pada kapaciteta. Uredjaji koji nisu opremljeni EVI kompresorima poseduju elektro grejače u unutrašnjim jedinicama , hidro modulima, koji se ativiraju pri niskim temperturama i ..pomažu’’ toplotnoj pumpi da isporuči dovoljno grejne energije za objekat u tim periodima. Toplotne pumpe su opremljene sa elektro grejačima snage 3 kW i njhova aktivacija nekoliko dana godišnje ne utiče u osetnoj meri na račun za električnu energiju kada se uzme celogodišnja potrošnja struje na objektu.

FUNKCIONALNA ŠEMA TOPLOTNIH PUMPI

Toplotne pumpe vazduh-voda se sastoje od tri osnovna dela sistema: Spoljasnje jedinice, unutrasšnje jedinice i kontrolera koja upravlja radom sistema

Spoljašnja jedinica toplotne pumpe predstavlja srce sistema topotnih pumpi. U njoj se nalaze najznačajniji elementi za rad sistema, freon tip R410a kao radni, kompresor, izmenjivač freon-vazduh, ekspanzioni ventil, četvrokraki ventil za prebcivanje cikljusa grejanj-hladjenje i drugi elementi. Da bi toplotna pumpa radila sa što boljim efektom i da nema opasnosti po životnu okolinu radni fluid koji se nalazi u mašini mora da ispuni mnoge termičke, fizičke i hemijske uslove i da ima odredjene praktične osobine koje doprinose većem učinku toplotne pumpe u radu.
U unutrašnjoj jedinici se nalaze izmenjivač toplote freon-voda, cirkulaciona pumpa na vodenoj strani sistema koja potiskuje vodu u sistem grejanja, ekspanziona posuda za služi za održavanje pritiska u sistemu i prihvat dilatacije vode i širenja usled zagrevanja, dodatni elektro grejač od 3 kW i drugi elementi.
Kontorler čija je funkcija podešavanje parametara za rad sistema kao i kontrola sistema se nalazi u sklopu unutrašnje jedinice.
U ovim sistemima neretko se koriste i bufferi kao akumulatori hladne ili tople vode za rad sistema, koji značajno optimizuju rad toplotne pumpe, koja je kao uredjaj naisplativija u radu kada radi dogrevanje i pothladjivanje što je prednost inverter kompresora u odnosu na on/off kompresore koji prečesto startuju i povaleč punu električnu snagu pri svakom narednom paljenju čime se značajno povećava potrošnja električne energije. Upotreba buffera zavisi od tipa sistema, zapremine vode u instalaciji, zahteva sistema (grejanje, hladjenje, PTV) i koncepcije samog sistema.

Princip rada toplotne pumpe u grejanju:

U grejanju freon kao posrednik predaje toplotnu energiju za grejanje objekta vodi, kao radnom fluidu u sistemu grejanja (podno, fan coil, radijatori), preko izmenjivača – kondenzatora koji se nalazi u unutrašnjoj jedinici. U kondenzatoru se odvija proces kondenzacije freona na visokoj temperaturi i visokom pritisku, freon je više temperture od vode u sistemu i pri procesu kondenzacije, od freona se odvodi toplota i predaje vodi u sistemu. Freon prelazi iz stanja pare u stanje tečnosti i odlazi u ekspanzioni ventil gde se para freona prigušuje i dovodi u stanje niskog pritiska i niske temperature. Freon kao radni fluid ima karakteristiku isparavanja na niskim temperturama i niskim pritiscima. Prilikom razmene toplote sa vazduhom iz spoljašnje sredine putem izmenjivača toplote freon koji je niske temperature zahvaljujući svojim svojstvima uzima toplotu iz spoljašnje sredine, čak i zimi, i isparava u dodiru za spoljašnjim vazduhom i prelazi iz tečnog stanja u stanje pare. Para freona ulazi u kompresor gde se ulaže mehanički rad na sabijanje freona i kompresiju i iz kompresora izlazi para freona visoke temperature i visokog pritiska odlazi u kondenzator (izmenjivač freon-voda) i ciklus se odvija tako u krug.
Kada želimo da sistem predje iz grejanja u funkciju hladjenja objekta, putem kontorlera biramo opciju hladjenja a uredjaj preko četvorokrakog ventila menja ciklus kruženje freona i sada u dodiru sa vodom u sistemu se odvija proces isparavanja freona a u kontaktu sa spoljašnjim vazduhom proces kondenzacije.

Funkcija pripreme potrošne tople vode se odvija na isti način kao i proces grejanja.
Toplotne pumpe vazduh/voda skraćuju vreme montaže, ne zahtevaju previše mesta za montažu, odličan su izbor za nadogradjivanje postojećih sistema grejanja gde se lako mogu dodati uz postojeći sistem sa elektro ili gasnim kotlom, dobar su izbor na lokacijama na kojima nema podzenih voda ili mogućnosti za postavljanje geosondi ili zemljanih kolektora, mogu se montirati na tolu pored objekta, krovu objekta, neretko i n fasdi smog objekta i imju niz drugih prednosti. Ovi sistemi su ekonomski najprihvatljiviji za krajnjeg korisnika uz napomenu obaveznog uključivanja inženjera i stručnih lica u samo odabir sistema i tipa toplotne pumpe.

Prednosti HISENSE-ovih vazduh - voda sistema toplotnih pumpi:
• Korišćenje vazduha kao neograničeno dostupnog izvora energije
• Niska emisija CO2
• Niži investicioni troškovi u poredjenju sa drugim sistemim toplotnih pumpi
• Veoma dobre performanske u grejanje na niskim temperaturama do -15oC (uredjaj radi do -20oC), pogotovo toplotnih pumpi kapaciteta 14kw i 16kW
• Primenljive osim u grejanju i za hladjenje i pripremu sanitarne vode
• Visok COP do 4.84
• Inverterski kompresor i frekfentno regulisna cirkulaciona pumpa
• Visok kvalitet izrade i dugovečnost uredjaja
• Moderan dizajn
• Pogodne su za primenu u objektima različite namene
• Veoma tihe u radu

Topalović Žarko, dipl.inž.maš
Beograd 20.12.2020