Kako deluje toplotna črpalka

Toplotne črpalke so danes že splošno vpeljan koncept ogrevanja. Kljub temu, da je njihov zgodovinski razvoj dolg že skoraj 200 let, svoj razmah pa so doživele v 70-ih letih prejšnjega stoletja, koncept delovanja ostaja v osnovi enak. Toplotna črpalka deluje z enakim principom kot hladilnik, samo proces pretvorbe energije poteka v nasprotni smeri. Hladilnik odvzema toploto živilom v notranjosti in jo prek lamel na zadnji strani oddaja v prostor. Toplotna črpalka pa oddaja v prostor toploto, ki jo odvzema okolici. Osnovni sestavni deli toplotne črpalke so kompresor, ki plin stiska in ga s tem segreje, ekspanzijski ventil, kjer plin ekspandira in se ohladi ter dva toplotna izmenjevalca, uparjalnik, ki je na zunanji-hladni strani ter kondenzator, ki je na notranji-topli strani”.

UPARJANJE

Plin, ki je v agregatnem stanju kapljevine mediju odvzeme toploto in se preko uparjalnika upari - preide iz tekočega v plinasto agregatno stanje. Temperatura v okolici je namreč nižja od temperature uparjanja tega plina. Temu po domače pravimo, da toplotna črpalka odvzema toploto iz vode, zraka ali zemlje

UPARJALNIK

Uparjalnik je izmenjevalec toplote zgrajen kot sklop cevi v obliki spiral v katerih se nahaja naš medij. Uparjalnik je funkcijsko zgrajena podobno kot kondenzator.

KOMPRESIJA

Plinski zakon

Da bi razumeli delovanje toplotne črpalke, moramo poznati plinski zakon, ki pravi, da če pline stisnemo, se jim zviša temperatura, če pa se plini razširjajo, pa se jim temperatura niža.

Ogret plin oziroma ogreto nato vstopi v kompresor, ki plin mehansko stisne. Z kompresijo (stiskanjem) plinu dvignemo tlak., na podlagi plinskega zakona pa se dvigne tudi temperatura, t.i. kondenzacijska temperatura in zmanjša volumen. Za skoraj celoten proces delovanja toplotne črpalke je potrebna le električna energija, ki poganja kompresor.

KOMPRESOR

Kompresor stisne plin in mu s tem poveča tlak, posledično pa tudi temperaturo. V toplotnih črpalkah se vgrajujeta dva različna tipa kompresorjev.

-Rotacijski kompresor (RT) se uporablja pri sanitarnih toplotnih črpalkah; 30% večja učinkovitost v primerjavi z batnimi kompresorji.

-Batni kompresor se uporablja pri toplotnih črpalkah za ogrevanje.

KONDENZACIJA

Stisnjen plin nadaljuje pot skozi kondenzator, kjer se spremeni v kapljevino. Zaradi odvzema toplote in višjega tlaka se plinu spremeni agregatno stanje, ta se utekočini. Ko plin kondenzira hkrati oddaja toploto, to pa je tista toplota, ki jo mi koristimo. Dobljena toplota s pomočjo toplotnega izmenjevalca segreva vodo, ki jo uporabimo za ogrevanje ali sanitarno vodo.

KONDENZATOR

Kondenzator je toplotni izmenjevalec zasnovan kot sistem cevi v tuljavi, kjer hladilni medij predaja toploto. V kondenzatorju plin kondenzira - pretvori se v tekoče stanje.

EKSPANZIJA

Celoten cikel se zaključi z ekspanzijskim ventilom. Namen ekspanzije je zniževanje tlaka v sistemu. Nižji tlak pa povzroči znižanje vreliščne temperature. Hladivo se nato na račun zmanjšanja gostote začne ohlajati, saj je nastala ekspanzija. Tlak plina in temperatura se vrneta na prvotno vrednost. Krožni proces je tako sklenjen, ko hladivo preide iz ekspanzijskega elementa ponovno v uparjalnik.

EKSPANZIJSKI VENTIL

Ta zagotavlja, da je sistem visoko učinkovit. Termo ekspanzijski ventil je regulator pretoka hladilnega medija skozi celotni sistem. Nahaja se med kondenzatorjem in uparjalnikom. Z ekspanzijskim ventilom lahko reguliramo delovanje celotnega kompresorja.

Ostale komponente

Električni grelec

 

Ta element služi predvsem v primeru, ko se poveča poraba sanitarne vode. Izmenjevalec za priklop dodatnega vira toplote   Gre v bistvu za orebreno cev iz nerjaveče pločevine, ki je uporabna predvsem zato, da je omogočen prenos toplote. Ta izmenjevalec je idealen predvsem za priklop solarnega sistema ali centralne peči.

 

Plin (hladivo oz.medij)

Hladiva (snovi z nizkimi temperaturami uparjanja) se uporabljajo v toplotnih črpalk kot delovno sredstvo, ki v uparjalniku pod vplivom toplote, ki je bila odvzeta iz okolice prehajajo iz tekočega v plinasto stanje.