Kateri so ključni dejavniki, ki jih morate upoštevati pri projektiranju in vgradnji toplotnih črpalk, da se izognete dragim napakam in nezadovoljstvu strank?

Ustrezno načrtovanje

Vsak ogrevalni sistem mora ustrezati toplotnim potrebam stanovalcev, ali v primeru poslovnih prostorov, njegovih uporabnikov. Tako imenovana ‘toplotna moč’ označuje dovod toplote, ki je potreben za doseganje in vzdrževanje bivanjske temperature. Najpomembnejši dejavniki, ki vplivajo na toplotne potrebe, so poleg lege objekta in načina uporabe prostorov, so predvsem lastnosti ovoja stavbe, oziroma izolacija zunanjih sten ter izvedba vrat in oken v smislu toplotne izolativnosti. Tako imenovane transmisijske izgube posameznih elementov stavbe ter prezračevalne izgube se seštejejo. Rezultat (vsota) so skupne toplotne izgube stavbe, ki jih uporabimo pri določitvi moči ogrevalnega sistema. Določitev skupnih toplotnih izgub je normirana v SIST-EN 12831. V praksi je še zelo razširjen način določanja toplotnih izgub na podlagi izkušenj in povprečnih ocen. Takšen pristop lahko vodi do resnih in dragih napak. Poglavitni razlog za to so izrazita nihanja v kvaliteti materialov uporabljenih pri izvedbi izolacij stavbe, kot tudi izrazite in resne izvedbene napake pri adaptaciji ovoja obstoječih stavb (toplotni mostovi ali odsotna hidroizolacija, ipd.).

Upoštevanje bivalente točke

Pri toplotnih črpalkah zrak/voda obstaja specifična dilema. Ker slednje odvzemajo energijo zraka iz okolice, pride v hladnih zimskih dneh do situacije, ko je toplotna moč toplotne črpalke manjša od toplotnih potreb stavbe. Toplotne potrebe stavbe so obratno sorazmerne zunanjim temperaturam, istočasno pa je pridobljena energija, ki jo generirajo toplotne črpalke manjša. Ogrevalni sistem s toplotno črpalko bi naj bil za optimalno delovanje dimenzioniran tako, da bi bila bivalentna točka (za celinsko podnebje srednje Evrope) pri -5° C. Potem se doklopi sekundarni vir energije (najpogosteje električni grelec, lahko pa tudi kotel na fosilna goriva ali podobno) in nadomesti manjkajočo energijo. Spet se vrnemo k ustreznemu načrtovanju, saj se v praksi dogaja, da tisti, ki se zanašajo na ocene čez palec, po navadi dodajo še ‘varnostni dodatek’ in s tem riskirajo predimenzioniranost toplotne črpalke. Slednje vodi k kratkim delovnim ciklusom. Toplotna črpalka se vklopi, generira v kratkem času želeno toplotno moč in se ponovno izklopi. Takšen način obratovanja, kratko delovanje in pogosti vklopi, vodijo k občutno zmanjšani življenjski dobi toplotne črpalke. Po drugi strani, pa se v primeru, da je toplotna črpalka pod dimenzionirana zgodi, da slednja preveč pogosto deluje na svoji zgornji meji zmogljivosti. Takšnim situacijam se lahko izognemo z uporabo ustreznih programskih orodij. Seveda pa je bistvenega pomena, da v takšne programe vnesemo korektne in zanesljive vhodne podatke.

Pravilno dimenzioniranje grelnika sanitarne vode

Tudi pri dimenzioniranju grelnika sanitarne vode je potrebno upoštevati nekaj dejstev. Vedno bolj pomembno postaja definirati kakšen tuš uporabljajo uporabniki. Medtem, ko ima normalen tuš pretok vode med 10 in 12 L/min, imajo ‘dežni’ ali ‘masažni’ tuši s posebej velikimi tuš rožami, pretoke tudi do 50 L/min in več. Posledično preslabo dimenzioniran grelnik sanitarne vode hitro doseže svoje meje, če na primer štiri osebe druga za drugo uporabijo tuš. Velikokrat se pri adaptaciji ogrevalnega sistema pojavi tudi dilema ali se uporabi ‘še dober’ obstoječ grelnik sanitarne vode, ki je bil priključen na oljni ali plinski kotel. Pri tem je potrebno biti pozoren, da površina toplotnega izmenjevalca grelnika ustreza toplotni moči toplotne črpalke. V mislih je potrebno namreč imeti, da je diferenca med temperaturo dovoda in povratka pri toplotni črpalki občutno manjša kot pri kotlu na olje ali na plin. Posledično mora biti zagotovljen večji pretok skozi grelnik, da dobimo enako toplotno moč. V večini primerov je potrebno izhajati iz stališča, da obstoječ grelnik ne zmore zagotoviti potrebnih robnih pogojev in se priporoča vgradnja novega, ustreznega grelnika.

Preverba radiatorjev

Seveda ugaja vsakemu investitorju, ki sanira svojo obstoječo stavbo ideja o uporabi obstoječega grelnika sanitarne vode kakor tudi uporaba že obstoječih radiatorjev. Pri teh je obvezno preveriti, da temperatura dovoda, ki jo zmore izbrana toplotna črpalka, ni premajhna. Zato je potrebno upoštevati dejstvo, da nižje kot so temperature dovoda, večja mora biti površina radiatorja (grelnega telesa). V nasprotnem primeru so težave z investitorjem programirane vnaprej. Upoštevati je potrebno tabele proizvajalcev, iz katerih lahko razberemo toplotno moč slednjega pri načrtovanem toplotnem režimu (npr. 55/45 °C ali 45/40 °C). Za lažjo predstavo naj navedem podatke iz prospekta priznanega proizvajalca radiatorjev pri omenjenih dveh režimih za pogosto velikost radiatorjev 1000 x 600 mm (tip 22). Za primerjavo pa še ‘klasičen režim’ 70/55 °C.

Iz podatkov razberemo, da pri režimu 45/40 °C dobimo le še 43 % toplotne moči kot pri režimu 70/55°C pri istem radiatorju.

Izbira obtočne črpalke

Poseben izziv predstavlja dimenzioniranje obtočnih črpalk v ogrevanem sistemu, ki so dandanes visoko učinkovite frekvenčne črpalke. Slednje ne delujejo s konstantnim številom vrtljajev, ampak se avtomatsko prilagodijo (hitrost števila vrtljajev) v odvisnosti od dejanskega volumna pretoka. Če se na primer odpre več radiatorjev hkrati, moderne modulirano delujoče toplotne črpalke povečajo svojo moč na maksimum, da pokrijejo povečane potrebe po ogrevanju. Istočasno morajo tudi obtočne črpalke povečati število vrtljajev in posledično povečati pretoke, da hitro odvedejo energijo, ki jo generira toplotna črpalka. Če toplotna črpalka regulira tudi integrirano obtočno črpalko, po navadi poteka ta proces brez težav. Kadar pa imamo samostojne (avtarktne) obtočne črpalke, se lahko zgodi, da slednje ne odreagirajo dovolj hitro. Posledično naraste tlak in toplotna črpalka gre v blokado. Podoben efekt kot pri varčnih obtočnih črpalkah, se lahko zgodi tudi, če so preseki cevi premajhni. V tem primeru pride do prevelike temperaturne razlike med dovodom in povratkom. Isto velja tudi, če je toplotni izmenjevalec v grelniku sanitarne vode premajhen. Toplota se ne more dovolj hitro odvesti, kar vodi do napake visokega tlaka in blokade toplotne črpalke. Pri toplotnih črpalkah z integriranimi obtočnimi črpalkami je potrebno, med drugim, biti posebno pozoren, da tlačni upori v ceveh in toplotnih izmenjevalcih ogrevalnega sistema ali vira energije ne presegajo moči obtočne črpalke. Premajhni preseki cevi ali predolgi ogrevalni krogi (talno), vodijo do preseganja skupnih tlačnih uporov, ki jih obtočna črpalka zmore premagati. Pod takšnimi pogoji toplotna črpalka ne more delovati. Kakšni so upori, ki jih integrirana obtočna črpalka zmore, so zavedeni v montažnih navodilih. V vsakem primeru mora biti vsota uporov v ogrevalnem sistemu manjša od maksimalne zmogljivosti obtočne črpalke.

Upoštevanje emisij hrupa

Zelo pogosto se toplotne črpalke zrak-voda, pri pomanjkljivem načrtovanju spremenijo v jabolko spora med sosedi. Razlog je premočan hrup. V izogib takšni situaciji se tudi tukaj priporoča skrbno načrtovanje. V idealnem primeru s pomočjo ‘kalkulatorja hrupa’ (programske opreme). Dovoljene meje hrupa so navedene v ustreznih tehničnih smernicah (npr. TA Lärm). Pred montažo je potrebno preveriti v prostorskem aktu občine, opredelitev področja, parcele na kateri želimo postaviti zunanjo enoto toplotne črpalke. Iz tehničnih smernic razberemo robne pogoje, oziroma maksimalno dovoljen hrup za posamezno področje ter ustrezno prilagodimo izbiro toplotne črpalke. Pri določitvi toplotne črpalke ne smemo pozabiti na vlogo mikrolokacije toplotne črpalke (ali bo zunanja enota montirana prosto stoječa, ali na zidu zgradbe ter oddaljenost od najbližjega okna, ipd.). Upoštevati je potrebno razdaljo do objekta investitorja in razdaljo do objekta najbližjega soseda.

Izračun vira energije

Pri toplotnih črpalkah zemlja/voda, ki pridobivajo energijo iz zemeljskega kolektorja, je potrebno biti pozoren, da vir energije ni pod dimenzioniran. V glavnem sta pri tem pomembna dva parametra. Prvi parameter je razmerje med močjo toplotne črpalke in velikostjo zemeljskega kolektorja, drug pa je sestava zemljine v kateri se zemeljski kolektor nahaja. Ko zemeljski kolektor okoliški zemljini odvzema energijo, se le ta ohladi. Če je kolektor pravilno dimenzioniran in zemljina dobro prevodna, se lahko tla zadostno regenerirajo. Če kolektor odvzema več energije kot se je nadomesti, lahko slednje vodi do tega, da proti koncu ogrevalne sezone (ali že celo prej), toplotna črpalka ne dobi dovolj energije. Pri določanju toplotnih potreb objekta in posledično izbire toplotne črpalke, smo ugotovili koliko watov potrebujemo za nemoteno delovanje. Pri določitvi zmožnosti zemljine v smislu maksimalne energije na m2, ki ji jo lahko odvzamemo, si lahko pomagamo z ustreznimi tabelami v odvisnosti od tipa zemljine ali pa se posvetujemo z geologom. Pri delovanju toplotne črpalke voda/voda pa je izrednega pomena kvaliteta vode. Toplotna črpalka tega tipa za vir energije uporablja podtalnico ali studenčnico. Voda iz teh virov se velikokrat ‘odlikuje’ z nizko vsebnostjo kisika, nizko pH vrednostjo in visoko koncentracijo železovega hidroksida in manganovega oksida, kar vodi do zamuljenosti. Železov hidroksid se namreč odlaga v obliki mehkega, rjavega mulja. Ker omenjen mulj zablokira cevi in izmenjevalec, vir energije ni več uporaben in toplotna črpalka gre v blokado. V takšnih primerih se toplo priporoča izvedba analize izvirske vode, ki določi vrednosti železa in mangana. Maksimalne dovoljene vrednosti so navedene v montažnih navodilih posamezne toplotne črpalke voda/voda.

Boris Gojkošek

Produktni vodja

Pasti pri projektiranju in vgradnji toplotnih črpalk