Dizalice topline - kako zapravo funkcioniraju i na koji način ih se može ugraditi

Dizalice topline koriste besplatnu obnovljivu okolišnu toplinu iz zraka, tla ili vode koju pomoću dodatne električne energije dižu na višu temperaturnu razinu za potrebe grijanja prostora i pripreme potrošne tople vode.

Grijanje i hlađenje prostora

Dizalice topline su uređaji koji se koriste kao izvori toplinskog i rashladnog učinka u sustavima grijanja, hlađenja prostora i pripreme potrošne tople vode. Dizalice topline uzimaju toplinu niže temperaturne razine iz različitih toplinskih izvora u okolišu kao što su:

• zrak (okolišni zrak, otpadni, istrošeni ili onečišćeni zrak iz prostorija ili raznih procesa)
• tlo
• voda (površinske vode, podzemne vode, otpadne vode)

Pomoću električne energije za pogon kompresora dižu radnoj tvari (koja je preuzela toplinsku energiju iz okoliša) temperaturu na višu temperaturnu razinu za potrebe grijanja prostora i pripremu potrošne tople vode.

Toplina preuzeta iz okoliša se promatra kao obnovljiva energija, pa su dizalice topline obnovljivi izvori energije.

Prilikom hlađenja prostora, proces je obrnut, dizalice topline uzimaju toplinu iz prostora koji iziskuje hlađenje te je prebacuju u okoliš.

Vrste dizalica topline

Postoje tri osnovne izvedbe dizalica topline s obzirom na korišteni toplinski izvor:

• dizalica toplina zrak/voda i zrak/zrak 
• kao toplinski izvor se koristi okolni, istrošeni, otpadni ili onečišćeni zrak
• dizalica topline voda/voda 
• kao toplinski izvor se koriste površinske, podzemne ili otpadne vode
• dizalica topline tlo/voda 
• kao toplinski izvor se koriste slojevi tla (podzemni toplinski kolektori, podzemne toplinske sonde)

Kako funkcioniraju dizalice topline?

Najjednostavnije rečeno - dizalice topline preuzimaju toplinsku energiju niže temperaturne razine iz okoliša (zrak, tlo, voda) te je uz pomoć utrošene električne energije za pogon kompresora dižu na višu temperaturnu razinu i predaju sustavu grijanja/pripreme potrošne tople vode pomoću ljevokretnog kružnog procesa.

Osnovni elementi kompresijske dizalice topline su:

• isparivač - izmjenjivač topline preko kojeg radna tvar u dizalici topline uzima toplinu iz toplinskog izvora niže temperaturne razine 
• kompresor - komprimira radnu tvar koja je preuzela toplinu iz toplinskog izvora niže temperaturne razine na višu temperaturnu razinu
• kondenzator - izmjenjivač topline u kojem radna tvar više temperaturne razine predaje toplinsku energiju u sustav grijanja, odnosno pripreme potrošne tople vode
• ekspanzijski ventil.

U krugu između četiri navedena osnovna elementa svake kompresijske dizalice topline struji radna tvar.

Radna tvar dizalice topline je iznimno bitna. Ima ih ekološki prihvatljivih i manje ekološki prihvatljivih.

Neke radne tvari uzrokuju razaranje ozonskog sloja (npr. CFC - klorofluorougljici, HCFC – klorofluorougljikovodici - u HR su ove skupine zabranjene), dok neke uzrokuju efekt staklenika (npr. HFC - fluorirani ugljikovodici).

Važno je kupovati one dizalice topline koje koriste radnu tvar sa što je mogućim nižim GWP-om (GWP < 700).

Sezonski faktor učinkovitosti

Osnovni pokazatelj učinkovitosti dizalica toplina je sezonski faktor učinkovitosti SPF (engl. Seasonal Performance Factor). Sezonski faktor učinkovitosti predstavlja, u slučaju grijanja, omjer toplinske energije koji dizalica topline dovede sustavu grijanja/pripreme potrošne tople vode i ukupno utrošene električne energije za pogon kompresora dizalice topline u nekom promatranom razdoblju (npr. sezona grijanja, jedna godina).

Što je SPF veći, dizalica toplina je učinkovitija, odnosno potrošnja električne energije za pogon kompresora, a time i troškovi električne energije su niži.

Orijentacijske vrijednosti različitih izvedbi dizalica topline ovisno o korištenom toplinskom izvoru dane su tablično. Vidljivo je da su dizalice topline zrak/voda manje učinkovite u odnosu na dizalice topline voda/voda koje koriste vodu kao toplinski izvor. Razlog tome je što se temperatura okolišnog zraka u sezoni grijanja mijenja. Dizalicama topline pogoduju izvori približno konstantne temperature tijekom cijele sezone grijanja.

Sezonski faktori učinkovitosti ovisi u prvom redu o temperaturi polazne vode prema sustavu grijanja prostora odnosno sustavu pripreme potrošne tople vode, te o temperaturi izvora toplinske energije. SPF je veći što su temperature polazne vode niže, odnosno što je temperatura izvora toplinske energije ujednačenija i više.

Važno je naglasiti da su dizalice topline niskotemperaturni izvori topline, odnosno dizalice topline su najučinkovitije ako su temperature polazne vode u sustav grijanja niske (do max. 50-55°C). Te niske temperature polazne vode u sustav grijanja postižu se bez problema ako je zgrada toplinski izolirana.

Ako se radi o zgradi bez toplinske izolacije s lošom stolarijom u kontinentalnom dijelu Hrvatske, nema smisla ugrađivati dizalicu topline jer će onda raditi dosta neučinkovito upravo zbog potrebne visoke temperature polazne vode u sustav grijanja.

Dizalica topline i voda kao izvor toplinske energije

Dizalice topline voda/voda koriste vodu kao toplinski izvor. Pri tome se voda može uzeti iz:

• površinskih voda (npr. potoka, rijeka, jezera, mora),
• podzemnih voda
• otpadnih voda (npr. otpadna voda u sustavu gradske kanalizacije, otpadna voda u nekom industrijskom procesu)

Toplinska energija preuzeta vodi (toplinski izvor) u sezoni grijanja se smatra obnovljivim izvorom energije. U sezoni hlađenja je proces suprotan, višak toplinske energije, preuzet iz prostora zgrade koji iziskuju hlađenje, se predaje vodi, koja u tom slučaju predstavlja toplinski ponor.

Korištenje dizalice topline u kućanstvu

Dizalice topline mogu se koristiti za:

• grijanje prostora
• hlađenje prostora
• pripremu potrošne tople vode

Važno je naglasiti, ako se dizalice topline žele koristiti u kućanstvu za grijanje prostora zimi, ali i hlađenje prostora ljeti, potrebno je imati ugrađena odgovarajuća ogrjevno/rashladna tijela.

Ogrjevno/rashladna tijela su tijela koja se mogu koristiti za grijanja i za hlađenje prostora. Danas su dostupna dva tipa ogrjevno/rashladnih tijela:

• ventilokonvektori
• površinski sustavi grijanja/hlađenja

Ako postojeća kuća ima ugrađene radijatore kao ogrjevna tijela, ako se prostor kuće želi grijati i hladiti, potrebno je:

•  osim ugradnje dizalice topline
• provesti kompletnu demontažu postojećih radijatora
• ugraditi novi cijevni razvod i ogrjevno/rashladna tijela

Dizalice topline i zgrade

• Ugradnja dizalica topline za potrebe višestambene zgrade

Za potrebe grijanja/hlađenja prostora višestambene zgrade postoji mogućnost ugradnje sve tri izvedbe dizalice topline kao centralnog izvora toplinske/rashladne energije na nivou cijele zgrade.

• Ugradnja dizalice topline za potrebe pojedinačnog stana

Za potrebe grijanja/hlađenja prostora pojedinačnog stana u zgradi u obzir dolazi samo ugradnja dizalice topline zrak/voda kao mogućeg zasebnog izvora toplinske/rashladne energije na nivou pojedinog stana.

Nakon odabira odgovarajuće izvedbe dizalice topline (zrak/voda, tlo/voda, voda/voda), slijedi dimenzioniranje dizalice topline i odabranih ogrjevno/rashladnih tijela.

Ako se dizalica topline ugrađuje samo za grijanje prostora, kao mogući sustavi za predaju toplinske energije u prostor dolazi u obzir podno grijanje i radijatori. Zbog nižeg temperaturnog režima, podno grijanje je bolji odabir jer dodatno povećava SPF i time smanjuje potrošnju pogonske električne energije.

Ako se radi o postojećoj zgradi koja već ima ugrađene radijatore kao ogrjevna tijela, potrebno je provjeriti imaju li postojeći radijatori dostatni toplinski učin za rad na nižem temperaturnom režimu.

Cijene i isplativost

Cijena uređaja dizalice topline zrak/voda, novih ogrjevnih tijela te ugradnja svega navedenog za jedan prosječni stan od 60 četvornih metara iznosi oko 40.000 kuna. Trajanje ugradnje ovisi o izvođačima, raspoloživim radnicima, opremi i sl. te je teško definirati vrijeme trajanja. Međutim, ugradnja ne traje ništa duže u usporedbi s drugim sustavima za grijanje prostora. Jednostavni period povrata investicije ovakvih sustava iznosi oko OSAM godina.

Ako prostor iziskuje i grijanje i hlađenje, potrebno je ugraditi prethodno spomenuta ogrjevno/rashladna tijela.

• Dizalice topline za potrebe obiteljskih kuća

U obiteljskim kućama je moguće ugraditi sve tri izvedbe dizalica topline.  Nakon odabira odgovarajuće izvedbe dizalice topline (zrak/voda, tlo/voda, voda/voda), slijedi dimenzioniranje dizalice topline i odabranih ogrjevnih tijela ili ogrjevno/rashladnih tijela ovisno o tome koje se potrebe kuće pokrivaju (samo grijanje prostora, ili i grijanje i hlađenje prostora).

Za dizalicu topline zrak/voda nema potrebe za kopanjem, dok su za dizalicu topline voda/voda potrebne bušotine kako bi se pristupilo podzemnim vodama (ako ima potencijala na lokaciji određene obiteljske kuće). Kopanje je također potrebno i za dizalicu topline tlo/voda.

Klasičan klimatizacijski uređaj (split sustav) je zapravo dizalica topline zrak/zrak, kod koje radna tvar u sezoni grijanja preuzima toplinsku energiju okolišnog zraka. Nakon toga se radnoj tvari diže temperatura kompresijom, te se zatim toplinska energija preuzeta iz okolišnog zraka i uvećana za rad kompresije predaje u prostor koji se grije.

Fotonaponski paneli ili dizalica topline 

Fotonaponski sustavi služe za proizvodnju električne energije koju je moguće koristiti za potrebe zgrade npr. za rasvjetu, ali i pogon svih uređaja koji troše električnu energiju. S obzirom na to da se za pogon kompresijske dizalice topline koristi isključivo električna energija, poželjno je proizvesti električnu energiju pomoću fotonaponskog sustava na lokaciji zgrade. Time se još više povećava udio obnovljivih izvora energije te se dodatno smanjuju računi za električnu energiju. Osnovna ideja je proizvoditi, što je više moguće potrebnu, energiju na lokaciji zgrade.

Kompresijske dizalice topline i fotonaponski sustav predstavljaju idealnu kombinaciju.

Dizalica topline proizvodi toplinsku energiju za grijanje i hlađenje prostora te pripremu potrošne tople vode.

Ako govorimo o razdobljima povrata investicije, trenutno su fotonaponski sustavi isplativiji. Kombinacija fotonaponskih sustava i dizalica topline je svakako idealna kombinacija jer na ovaj način moguće ostvariti postizanje nZEB standarda. Odnosno, proizvedena energija bi mogla zadovoljiti sve potrebe na određenoj građevini - rasvjetu, opremu, kao i pogonsku energiju za dizalicu topline. Odnosno ova kombinacija mogla bi postići da zgrada/kuća/stan bude CO2 neutralan.

Prednosti dizalice topline:

• obnovljiv izvor energije
• manji su režijski troškovi 
• ekološki prihvatljiva tehnologija 
• male emisije stakleničkih plinova

Servisiranje dizalica topline je potrebno redovno provoditi, ali ih karakterizira lako održavanje. Omogućuju aktivno ili pasivno hlađenje ljeti. Dimnjaka u ovakvim sustavima nema, nema izgaranja. Ukratko, jednostavna tehnologija visokih vrijednosti, niskih troškova održavanja, vijekom trajanja do 15 godina i koja koristi prirodne, obnovljive izvore energije.

Režijski troškovi uz dizalicu topline

Što se pak režijskih troškova tiče, to ovisi o tome koji energent određeno kućanstvo koristi za kuhanje. Ako se kuha na električnu energiju, a ne na prirodni plin, onda su jedini računi tog kućanstva oni za električnu energiju i vodu u slučaju korištenja dizalice topline za potrebe grijanja, hlađenja i pripremu potrošne tople vode.

S obzirom na to da se za pogon kompresijske dizalice topline koristi električna energija, za potrebe grijanja/hlađenja prostora i/ili pripreme potrošne tople vode se plaćaju isključivo računi za električnu energiju.

Što nakon ugradnje? Održavanje sustava

Nakon ugradnje potrebno je redovito provoditi održavanje su skladu s pravilima struke, kao i za sve sustave trenutno (split sustavi, bojleri i ostalo). Međutim, dizalice topline se lako održavaju. Preporučeni interval održavanja je jednom godišnje.

U slučaju dizalice topline zrak/voda važno je održavanje izmjenjivačke površine preko koje se uzima toplina okolišnom zraku. Nečistoće na navedenim izmjenjivačkim površinama smanjuju koeficijent prolaza topline izmjenjivača, uslijed čega dolazi do povećanja potrošnje električne energije za pogon kompresora.

Dosta je važno kontroliranje radne tvari u samoj dizalici topline te njezino nadopunjavanje, ako se količina smanji.

Očekivano razdoblje povrata investicije

Kao što smo već spomenuli za dizalicu topline zrak/voda, očekivao razdoblje povrata investicije je oko 8 godina ako se promatra u usporedbi s određenim stanom ili kućom koja se prije ugradnje grijala na standardne kotlove na prirodni plin.

Loša strana dizalica topline

Kao i sve, tako i dizalice topline imaju neke loše strane. Kao prvo, tu su veća početna ulaganja, a zatim je potreban i niskotemperaturni režim grijanja što podrazumijeva preinake u slučaju prelaska s visokotemperaturnog grijanja (nova ogrjevna tijela). Također, pogodnije su za toplinski izolirane zgrade.

Nedostaci dizalica topline:

• Visoki troškovi same dizalice topline
• Potrebno osigurati niskotemperaturni režim sustava grijanja (niske temperature polazne vode u sustava grijanja) – postiže se bez problema ako je kuća/zgrada toplinski izolirana
• Ako se dizalica topline želi koristiti i za grijanje i za hlađenje prostora, potrebno je ugraditi ogrjevno/rashladna tijela (npr. ako se prije toga ugrađena samo ogrjevna tijela)
• Radna tvar (kupovati dizalice tople koje imaju radnu tvar što nižeg GWP-a u pravilu GWP ispod 700).

Morska voda i dizalica topline 

Dizalica topline morska voda/voda koristi morsku vodu kao izvor (toplinski spremnik) i ponor topline (toplinski ponor). U režimu grijanja sustav koristi toplinsku energiju morske vode kao obnovljivi izvor topline, dok u režimu hlađenja toplinu preuzetu iz prostora kuće ili zgrade, koji iziskuje hlađenje, predaje morskoj vodi kao toplinskom ponoru.

S obzirom na svojstvo korozivnosti morske vode, morska voda ne odlazi izravno u isparivač dizalice topline, već prethodno predaje toplinu na međuizmjenjivaču otpornom na koroziju (materijal titan). Zatim se toplina na isparivaču predaje radnoj tvari te je kompresor prenosi na višu temperaturnu razinu, a potom se u kondenzatoru toplina predaje ogrjevnom mediju u sustavu grijanja. Obrnuti proces vrijedi za rad dizalice topline u režimu hlađenja.

Postoje dvije izvedbe sustava dizalica topline s morskom vodom kao toplinskim spremnikom:

• otvorena izvedba
• zatvorena izvedba

U slučaju sustava s otvorenom izvedbom, morska se voda pumpa izravno s određene dubine kroz cjevovod položen u more te se njime i vraća, dok se kod zatvorene izvedbe izmjenjivači s glikolnom smjesom polažu u more te nema doticaja morske vode sa sustavom dizalice topline.

Obje izvedbe osiguravaju jednaku učinkovitost sustava, no zatvorena izvedba je u početku skuplja jer uključuje opsežnije instalacijske radove. S druge strane, primjena otvorenih izvedbi je ograničena u područjima s vrlo hladnom klimom budući da može doći do zamrzavanja vode, kao i samih usisnih i tlačnih cjevovoda.

Pogledate video kako radi dizalice topline.

Projekt OSUNČAJMO HRVATSKU i energetski obnovimo - ZAJEDNO! podržavaju:

POD POKROVITELJSTVOM

PARTNERI PROJEKTA

Projekt je dobio i pismo podrške Ureda predsjednika Republike Hrvatske.

MEDIJI

ZGRADOnačelnik.hr u siječnju 2022. pokrenuo je projekt Osunčajmo Hrvatsku i energetski obnovimo - zajedno! kroz koji zajedno s partnerima želimo pomoći svim dionicima sa savjetima, iskustvima i informacijama oko energetske obnove zgrada (privatnih, poslovnih i javnih) i kuća te primjene obnovljivih izvora energije. Ipak, Europska unija postavila je iznimno visoke ciljeve koje zajedno moramo ostvariti kako bismo jednog dana živjeli i boravili u ljepšim i energetski učinkovitijim zgradama, gradovima. Pročitajte više o projektu i ne zaboravite pratiti rubriku Osunčajmo Hrvatsku.