Toplotne črpalke snovem iz okolice odvzemajo toploto na nižjem temperaturnem nivoju ter jo oddajajo v ogrevalni sistem na višjem temperaturnem nivoju. Da je to mogoče, je potrebno v takšen krožni proces dovesti dodatno pogonsko energijo (električno). Toplotna črpalka potrebuje za prenos toplote delovni medij, ki s spremembo svojega agregatnega stanja prenaša toploto iz okolice v poljuben ogrevalni sistem. Toplotna črpalka v bistvu deluje kot hladilnik. Termodinamičen proces je enak, samo da deluje v nasprotni smeri. Hladilnik odvzema toploto živilom in jo prek lamel na zadnji strani oddaja v prostor. Toplotna črpalka pa oddaja v prostor toploto, ki jo odvzema okolici.

V uparjalniku toplotne črpalke je okolju prijazno hladilo v tekočem stanju, ki prevzame shranjeno sončno energijo iz okolja. Pri tem se hladilo upari, uparjenega pa vsesa kompresor in ga stisne. Zvišani tlak dvigne hladilu temperaturo. Tako nastala toplota se v kondenzatorju prenese na ogrevalni sistem. Na koncu se prek ekspanzijskega ventila tlak hladila spet zniža in krog se lahko ponovno začne. Vse skupaj se dogaja v zaprtem sistemu.

VIRI TOPLOTE

Uporaba podtalne vode

Pri toplotnem viru v obliki podtalnice se koristijo konstantne temperature podtalnice. Podtalnica nudi dobre pogoje za proces ogrevanja s toplotno črpalko, saj ima celoletno konstantno temperaturo od 8 °C – 12 °C. V bistvu nam podtalnica nudi najboljše pogoje za delovanje, saj ima od vseh virov najvišjo temperaturo, kar posledično prinaša tudi višja grelna števila in nižje stroške delovanja.

Preko potopne črpalke se sesa iz sesalnega vodnjaka podtalnica, ki se vodi preko uparjalnika toplotne črpalke in pri tem ohladi. Preko ponornega vodnjaka se podtalnica ponovno vrača nazaj v zemljo. Podtalnica se pri tem ohladi za 4 °C do 5 °C npr. iz 10 °C na 6 °C. Za preprečevanje termičnih kratkih stikov mora biti razdalja med sesalnim in ponirnim vodnjakom vsaj med 10 m in 15 m. Globina vrtanja znaša na območjih enodružinskih hiš ponavadi med 10 m in 15 m. Sicer je mogoče vrtati večje globine, vendar se istočasno povečujejo stroški, tako da je vrtanje za ogrevalne moči do 30 kW smiselno največ do globine 30 m.

Uporaba talne toplotne sonde

Navpično položene talne toplotne izmenjevalnike imenujemo talne toplotne sonde. Talne toplotne sonde segajo običajno v globine do 140 m in lahko v povprečju zagotovijo ogrevanje do 80 W/m dolžine sond. Pri tem merijo v premeru le približno 12 cm. Tla imajo od globine ca. 10 m do 12 m relativno konstantno temperaturo od 8 °C do 12 °C. Ta je v glavnem neodvisna od letnih časov. Razdaljo sond med seboj mora biti taka, da ni medsebojnega vpliva. Dolžina vrtanja (globina) mora biti določena s hidravličnimi zahtevami za prostorninski tok nosila toplote.

Uporaba zemeljskega kolektorja

Horizontalni kolektorji so cenejša alternativa k talnim toplotnim sondam. Sestoje iz ene ali več 100 m dolgih zank, ki so zakopane vodoravno v zemlji na globini približno 1,2 m do 1,8 m (0,3 m pod krajevno mejo zaščite pred mrazom), med posameznimi cevmi pa je vsaj 0,5 m ali več razmika.

Za dobro izmenjavo toplote, je potrebno da nad kolektorjem ni postavljena streha, tla ne smejo biti utrjevana ali pozidana (tlakovci, terase, asfalt itd.). V nasprotnem primeru deževnica ne doseže kolektorja in učinek se zniža.

Uporaba zraka

Zrak ima to prednost da je vsepovsod na voljo, ter da za njegovo izrabo ne potrebujemo veliko prostora. Omogoča nam celo da z toplotno črpalko ogrevamo celo stanovanje! Prednost toplotnih črpalk je tudi ta, da so vse izvedbe reverzibilne, saj potrebujemo za nizke temperature tudi odmrzovanje, kar je omogočeno z obratnim procesom delovanja. Sodoben črpalke omogočajo delovanje do temperatur -15 °C , vendar je še vedno potrebno poskrbeti za dodaten vir ogrevanja, ki omogoča premostitev tistih nekaj dni v letu, ko imamo zelo nizke temperature.

Vir: http://www.tsk.si

Z naslednjim izračunom si lahko enostavno ocenite osnovne parametre vašega ogrevalnega sistema z uporabo toplotnih črpalk:
Izračun za toplotne črpalke(OpenOffice Calc)
Izračun za toplotne črpalke(MS Excel)