Tako kot pri drugih vrstah toplotnih črpalk tudi toplotna črpalka zrak voda deluje na principu hladilnika. Medtem ko primerljivi sistemi uporabljajo energijo iz podtalnice ali zemlje, se toplotna črpalka zrak-voda opira na proizvodnjo toplote iz zraka. Kako to deluje, je mogoče jasno razložiti v štirih korakih.

1. korak: Okoljska energija izhlapi hladilno sredstvo 

V prvem koraku delovanja zračne toplotne črpalke grelnik absorbira toplotno energijo iz okolja. To deluje z ventilatorjem, ki usmerja zrak skozi izmenjevalnik toplote. Skozi to teče hladnejši medij, ki se nato segreje. Posebnost tako imenovanega  hladilnega sredstva  je, da pri nizkih temperaturah popolnoma izhlapi. Za primerjavo: v normalnih pogojih voda iz pipe izhlapi šele pri 100 stopinjah Celzija.

2. korak: Kompresor stisne hlape hladilnega sredstva

Dejstvo, da medij popolnoma spremeni agregatno stanje, je predpogoj za drugi korak delovanja zračne toplotne črpalke. Ker ga tukaj stisne kompresor, tako da z njegovim tlakom narašča tudi temperatura. Sistem porabi toliko električne energije ali plina, kolikor višja je temperatura dovoda ogrevanja.

3. korak: Toplotna črpalka ogreva ogrevalno vodo

Ko hlapi hladilnega sredstva dosežejo zahtevano temperaturo, tečejo skozi drug izmenjevalnik toplote. Tu dovaja preneseno toplotno energijo v ogrevalni sistem, pri čemer se samo hladilno sredstvo ohladi. Hkrati pade tudi tlak in medij postopoma postane tekoč.

4. korak: Krog delovanja toplotne črpalke zračnega vira

V zadnjem koraku delovanja zračne toplotne črpalke teče hladilno sredstvo skozi tako imenovani ekspanzijski ventil. Temperatura in tlak padeta na začetno stanje. Medij se popolnoma utekočini in postopek se lahko začne znova.

Naravno hladilno sredstvo kot dobra alternativa

Hladilno sredstvo je nujno za delovanje toplotne črpalke zrak-voda. V ta namen so se dolgo časa uporabljale sintetične spojine. Slabost: škodljivi so za podnebje Propanske toplotne črpalke uporabljajo naravno hladilno sredstvo R290 (propan). Je bolj okolju prijazen in nima operativnih pomanjkljivosti. Propan je primeren tudi za ogrevanje z zračnimi toplotnimi črpalkami.  

Toplotne črpalke zrak-voda pozimi zaledenijo

Če ogrevanje deluje pri nizkih zunanjih temperaturah, voda iz zunanjega zraka kondenzira na uparjalniku in toplotna  črpalka zaledeni. Ta pojav je značilen za ogrevanje zunanjega zraka, vendar je povezan tudi z višjimi stroški porabe. Slednje nastanejo med odtaljevanjem. Toplotna črpalka zrak-voda uporablja električno energijo ali toploto za odstranjevanje ledu iz uparjalnika. Brez te funkcije bi v ogrevanje prišlo manj zunanjega zraka in zmanjšala bi se zmogljivost. Pri optimalno zasnovani kombinaciji dodatnega grelnika, kot je plinski kotel s toplotno črpalko (hibridni grelnik), običajno ni tako. Tu se toplotna črpalka pri določeni temperaturi izklopi. Dodatno ogrevanje potem deluje samostojno in je lahko cenejše.

Hlajenje z okoljsko energijo

Glavna naloga toplotne črpalke zrak voda je ogrevanje. Vendar so sistemi okoljskega ogrevanja običajno reverzibilni. To pomeni, da je cikel hladilnega sredstva mogoče obrniti. V tem primeru se energija absorbira iz notranjosti in oddaja v okolje. Ta proces je znan tudi kot aktivno hlajenje . Vse informacije smo za vas strnili v članku “ Aktivno hlajenje z pomočji toplotne črpalke”. 

Področja uporabe toplotne črpalke zrak voda

Kot je razvidno iz delovanja sklopa toplotne črpalke zrak-voda, tehnologija vedno deluje posebej varčno, ko je razlika med temperaturo zraka in pretoka majhna. V tem primeru mora kompresor manj delati, poraba energije zračne toplotne črpalke pa ostaja nizka. Tehnologija je zato še posebej primerna za  nove stavbe in hiše, ki so bile prenovljene z namenom izboljšanja energetske učinkovitosti . Dober izolacijski standard in površinsko ogrevanje imata pri tem ugoden učinek. Slednji prenaša toplotno energijo na velike površine in zato zahteva nižje temperature dotoka kot običajni radiatorji. Pomembne informacije za uporabo v obstoječem objektu smo strnili v članku “ Toplotna črpalka v starih objektih ”.  

Mimogrede : Posebne  visokotemperaturne zračne toplotne črpalke dosegajo vrednosti nad 70 stopinj Celzija v toku, ne glede na zunanjo temperaturo.

Toplotna črpalka zrak voda kot hibrid v stari gradnji 

Če lastniki stanovanj kombinirajo tehnologijo toplotne črpalke s kondenzacijskim ogrevanjem na plin ali olje, to zagotavlja nizke stroške ogrevanja tudi v starih stavbah. V tem primeru tako imenovano hibridno ogrevanje samodejno izbere najcenejši energent . Čeprav je to toplotna črpalka večji del leta, se pri zelo nizkih zunanjih temperaturah preklopi na ogrevanje na plin ali olje. Kombinacija pa pri prenovljeni obstoječi stavbi ni nujno potrebna. Če zmogljivost zračne toplotne črpalke v ekstremno mrzlih dneh ni zadostna, se vklopi električni grelni element. 

Kombiniranje se splača tudi pri naravni gradnji  

Hibridni karavani niso primerni samo za obstoječa vozila. Tudi pri novogradnjah so prednosti, če toplotno črpalko zrak voda kombinirate z drugimi sistemi. Primer je toplotna črpalka z sončno toplotno energijo. Medtem ko ogrevanje poteka preko zunanjega zraka, solarni sistem zagotavlja toplo vodo na okolju prijazen način. Zračna toplotna črpalka lahko večji del leta deluje pri nižjih temperaturah in zato deluje bolj ekonomično.

Kako je toplotna črpalka zrak voda integrirana v hišo?

Naslednji diagram prikazuje enega od načinov namestitve toplotne črpalke zrak-voda v vašem domu in katere dodatne komponente so bistvene za učinkovito delovanje. Medtem ko sistem na sliki temelji na zunanjem zraku, je možna tudi  kombinacija toplotne črpalke in prezračevalnega sistema.

Na kaj morate biti pozorni pri nakupu toplotne črpalke zrak-voda?

Ker je nakup zračne toplotne črpalke velika naložba, je treba izbiro pravega sistema skrbno premisliti. Kakovostna toplotna črpalka zrak-voda je prepoznavna s pečatom kakovosti EHPA . Pomembno je tudi zagotoviti, da toplotna črpalka dosega vsaj JAZ 2,5. Ker lahko v ogrevanih prostorih v bivalnih prostorih hitro nastane kondenz, toplotno črpalko zrak-voda namestimo v garažo, klet ali tehnični prostor. Malo kondenzne vode je mogoče odvajati brez zmrzali. Če kotlovnico redno zračimo, lahko vzdržujemo nizko relativno vlažnost.

Predpogoj za nizke stroške ogrevanja: energetsko varčne stavbe

Pomembno je vedeti, da je poraba električne energije zračne toplotne črpalke večja, čim višjo temperaturo zunanjega zraka je treba dvigniti. Toplotna črpalka deluje posebej učinkovito in varčno le, če ogrevalni sistem deluje pri nizkih temperaturah dotoka . Tako je na primer pri površinskem ogrevanju ali posebnih radiatorjih s toplotno črpalko v energetsko varčnih stavbah.

Nemška mešanica električne energije in okoljska bilanca toplotne črpalke na zrak

Toplotna črpalka zrak-voda deluje okolju prijazno tudi, če je ne poganja zelena elektrika. S trenutnim približno 25-odstotnim deležem obnovljive energije v mešanici električne energije v Nemčiji se je bilanca CO ₂ pri proizvodnji električne energije izboljšala. Posledično toplotna črpalka že prispeva k varstvu podnebja z letnim faktorjem učinkovitosti (JAZ) 2. Po podatkih nemškega združenja za toplotne črpalke se letna potreba po primarni energiji za vzorčno hišo zmanjša z 82,69 kWh/m² na 55,57 kWh/m² ob prehodu s plinskega ali oljnega kondenzacijskega kotla (vključno s solarnim ogrevanjem pitne vode) na toplotno črpalko za zrak. in voda postane.

Pogosta vprašanja: kratek odgovor na pogosto zastavljena vprašanja

Ali toplotna črpalka zrak voda še vedno zagotavlja dovolj ogrevalne energije tudi pri minus 20 stopinjah Celzija? 

• • Pri ekstremnih temperaturah se vklopi električni grelni element, ki poskrbi za tople prostore in toplo vodo. Če pa je zračna toplotna črpalka pravilno zasnovana, le redko deluje. 

Ali je smiselno združevanje z drugimi sistemi? 

• • Vsekakor se splača toplotno črpalko zrak-voda kombinirati kot hibrid. Dodajanje starega grelnika na plin ali olje zmanjša emisije in prihrani vire. S sončno toplotno energijo in fotovoltaiko postanete še bolj neodvisni od dobaviteljev energije. 

Ali lahko zrak v prostoru uporabimo tudi kot vir energije? 

• • Energijo za ogrevanje lahko pridobivamo tudi iz zraka v prostoru. V tem primeru govorimo o toplotni črpalki na odpadni zrak. 

Ali je možna in priporočljiva vgradnja sončnega zračnega kolektorja? 

• Načeloma je možno vgraditi zračni kolektor pred tok za povečanje temperature vira in povečanje učinkovitosti toplotne črpalke zrak-voda. Vendar to v srednji Evropi običajno ni smiselno, saj je jeseni in pozimi pogosto megleno in oblačno.