Kako radi dizalica topline

Među rješenjima koja se najčešće spominju izdvaja se dizalica topline, i to zbog jednostavnog računa: za svaki euro potrošen na struju kvalitetan sustav isporučuje toplinu koja bi se na plinu ili loživom ulju platila tri do četiri puta više.

Iza tako povoljnog omjera stoji termodinamički ciklus kojim uređaj toplinu iz vanjskog okoliša prenosi u sustav grijanja kuće.

Toplina koja je već tu

Bilo da je riječ o vanjskom zraku temperature minus tri Celzijeva stupnja, tlu s osam ili podzemnoj vodi s dvanaest stupnjeva, sva tri izvora sadrže toplinsku energiju koja se može iskoristiti za grijanje. Problem je što se ta toplina nalazi na razini preniskoj za izravnu primjenu, pa sustavu treba posrednik. Tu ulogu obavlja rashladni medij, radna tvar koja vrije pri vrlo niskim temperaturama i tako preuzima toplinu iz prirodnog izvora.

Sustav se sastoji od četiriju komponenata povezanih u zatvoreni krug. Isparivač preuzima toplinu iz izvora, a kompresor zatim radnoj tvari podiže tlak i temperaturu. Tako zagrijani plin u kondenzatoru predaje toplinu vodi koja struji kroz radijatore ili podno grijanje, dok ekspanzijski ventil zatvara krug i medij priprema za sljedeći prolaz.

Četiri koraka jednog ciklusa

Prva faza odvija se u isparivaču na vanjskoj strani uređaja. Zrak, glikolna smjesa ili podzemna voda prolaze kroz izmjenjivač i zagrijavaju rashladni medij do točke vrenja. Kod suvremenih radnih tvari ta se točka nalazi i ispod nule, pa uređaj može raditi i tijekom zimskih mjeseci. U sljedećoj fazi plinoviti medij ulazi u kompresor pod niskim tlakom i izlazi pod znatno višim. S porastom tlaka raste i temperatura plina. Kompresor pritom troši električnu energiju, ali ne proizvodi toplinu. Zadaća mu je sažeti energiju koja već postoji u plinu i dovesti je na temperaturnu razinu koja je dovoljna za grijanje prostora.

Treća faza odvija se u kondenzatoru. Vrući plin pod visokim tlakom struji kroz izmjenjivač u kojemu ga obavija voda iz sustava grijanja. Toplina prelazi s plina na vodu, plin se hladi i ukapljuje, a voda zagrijana na trideset pet, četrdeset pet ili šezdeset stupnjeva nastavlja put prema podnom grijanju ili radijatorima.

U završnoj fazi tekući medij prolazi kroz ekspanzijski ventil. Tlak naglo pada, a temperatura ga slijedi, pa je medij spreman vratiti se u isparivač. Ciklus se ponavlja nekoliko puta u minuti i tako osigurava kontinuirano grijanje kućanstva.

Tri izvora energije iz okoliša

Razlike među modelima na tržištu najlakše je razumjeti kroz izvor iz kojega uređaj crpi toplinu. Postoje tri osnovne izvedbe, a svaka ima svoje prednosti, ograničenja i tipičan profil objekta za koji je namijenjena.

Sustav zrak-voda koristi toplinu vanjskog zraka. Ne traži bušenje terena ni koncesiju, ugradnja je razmjerno jednostavna i u priobalju te u blažem kontinentalnom dijelu Hrvatske pokriva potrebe gotovo cijele sezone grijanja. Kad vanjska temperatura padne ispod minus pet stupnjeva, učinkovitost počinje padati. Zbog toga proizvođači u unutarnju jedinicu redovito ugrađuju dodatni električni grijač snage tri, šest ili devet kilovata, koji pomaže tijekom najhladnijih dana. Geotermalni sustav tlo-voda koristi temperaturu zemlje, koja je već na dubini od dva metra gotovo neovisna o vremenskim prilikama na površini. Ugrađuje se na dva načina: vertikalno bušotinom dubine od osamdeset do sto pedeset metara ili horizontalno mrežom cijevi položenih oko metar i pol ispod terena. Početno ulaganje veće je nego kod izvedbe zrak-voda, ali sezonska učinkovitost ostaje stabilna i u prosincu i u kolovozu.

Treća izvedba, voda-voda, oslanja se na podzemnu vodu i traži dvije bušotine, proizvodnu i upojnu. U Hrvatskoj takva instalacija zahtijeva koncesiju koju izdaje nadležna županijska služba na temelju prethodnog stručnog mišljenja Hrvatskih voda. Administrativni postupak traje dulje nego kod ostalih izvedbi, no sezonska učinkovitost najčešće je najveća upravo kod ovog tipa sustava.

Split ili monoblok

Druga važna podjela odnosi se na mjesto gdje radni medij mijenja agregacijsko stanje, a u toj točki dijele se split i monoblok izvedba.

Kod split izvedbe rashladni krug podijeljen je između vanjske i unutarnje jedinice. Zbog toga ugradnju može obaviti samo ovlašteni instalater s licencom za rad s fluoriranim plinovima. Vanjska jedinica ne sadrži vodu, što ujedno znači da nema rizika od smrzavanja pri niskim temperaturama. Raspon snage kod ovih modela kreće se između četiri i šesnaest kilovata, a unutarnja jedinica isporučuje se s hidrokitom. Pojedini modeli imaju i integrirani spremnik potrošne tople vode kapaciteta sto devedeset do dvjesto deset litara.

Monoblok izvedba cijeli rashladni krug zatvara u vanjskoj jedinici, pa u kuću dolazi samo voda iz sustava grijanja. Dozvola za rad s fluoriranim plinovima u tom slučaju nije potrebna, što ugradnju čini jednostavnijom i jeftinijom. Raspon snage širi je, od šest do trideset kilovata, zbog čega se monoblok češće bira za veće objekte. Budući da se voda nalazi i izvan grijanog prostora, instalateri preporučuju dodavanje glikola u sustav ili ugradnju ventila protiv smrzavanja kako u razdobljima jakih hladnoća ne bi došlo do zamrzavanja cjevovoda.

Niska ili visoka temperatura polaza

Pri odabiru dizalice topline jednako je važno provjeriti i koju najvišu temperaturu polaznog voda uređaj može postići. O tome ovisi vrsta ogrjevnih tijela koja sustav može pokrenuti, a posredno i ukupna učinkovitost.

Niskotemperaturne izvedbe rade s polazom do šezdeset stupnjeva i prikladne su za podno grijanje, moderne ventilatorske radijatore (fancoile) i klasične niskotemperaturne radijatore. Energetski su učinkovitije od visokotemperaturnih, što ih čini standardnim rješenjem u novogradnji, gdje su instalacije unaprijed prilagođene nižim temperaturama vode.

Visokotemperaturne izvedbe isporučuju vodu polaza do osamdeset stupnjeva i najčešće se koriste kod adaptacija starijih kuća. Vlasnik koji već ima klasične radijatore i grije ih plinom ili loživim uljem može zamijeniti samo generator topline bez potrebe za izmjenom cjelokupnog razvoda. Učinkovitost je nešto niža nego kod niskotemperaturnih modela, no ušteda u usporedbi s fosilnim gorivima i dalje ostaje znatna.

Brojke koje pričaju priču

Učinkovitost dizalice topline opisuje se pokazateljem COP, koji govori koliko kilovatsati toplinske energije sustav isporuči za svaki utrošeni kilovatsat struje. Ako sustav za jedan euro struje daje tri do četiri eura topline, njegov je COP između tri i četiri.

Obični električni grijač ima COP jedan, a kondenzacijski plinski kotao učinkovitost od oko devedeset pet posto. Dizalica topline stoga daje tri do četiri puta jeftinije grijanje. U stvarnosti učinkovitost ovisi o klimi i izolaciji. Kontinentalna Hrvatska, gdje su zimske temperature oko nule, daje slabije rezultate od toplijeg priobalja. Što je vanjski zrak hladniji, kompresor radi intenzivnije, troši više struje i učinkovitost sustava pada.

Bez projekta nema učinkovitosti

Kupci često pitaju može li se dizalica topline kupiti i ugraditi poput bilo kojega drugog uređaja. Tehnički može, ali samo ako je kupac stručnjak koji zna odabrati pravu snagu i konfiguraciju. Svaki ozbiljan sustav grijanja zahtijeva strojarski projekt s točnim izračunom toplinskih gubitaka objekta. Bez toga odabir snage postaje nagađanje. Predimenzionirani uređaj prečesto se pokreće i gasi, čime troši više struje i ubrzava habanje kompresora. Poddimenzionirani pak ne može pokriti zimske vrhunce, pa grijanje preuzima električni grijač, što ruši ukupnu učinkovitost. Strojarski projekt definira sve komponente i troškovnik ulaganja. Vlasnik tako dobiva dokument na temelju kojega može precizno nadzirati radove i troškove.

Što na kraju presuđuje

Poznavanje principa rada dizalice topline pomaže pri donošenju razumne odluke, no tehnika je samo dio jednadžbe. Većina kuća u Hrvatskoj izgrađenih prije dvijetisućite godine nema toplinsku izolaciju koja bi odgovarala današnjim standardima. Bez ulaganja u toplinski omotač zgrade i najnaprednija dizalica topline trošit će nerazmjerno mnogo struje kako bi pokrila gubitke. Toplinska fasada, kvalitetna stolarija i podno grijanje trebaju biti riješeni prije nego što se uopće razmišlja o ugradnji kompresora.

Klimatska zona također ima veliki utjecaj na odabir izvedbe. Priobalje s blagim zimama prirodno odgovara sustavu zrak-voda. Istočna Slavonija i Lika, gdje zimske temperature znaju pasti i do minus petnaest stupnjeva, traže ozbiljnije razmišljanje o geotermalnoj izvedbi ili o hibridnom rješenju koje kombinira dizalicu topline s dodatnim izvorom energije za najhladnije dane.

Na kraju, najvažniji korak ostaje izbor pravog instalatera. Vrhunski uređaj u rukama lošeg majstora dat će slabe rezultate, dok iskusan instalater i od prosječnog modela može izvući iznenađujuće dobru učinkovitost. Dogovor s ovlaštenim strojarskim projektantom prije nabave isplati se već u prvoj sezoni grijanja, kroz manju potrošnju struje i manji broj poziva servisu.