Toplotne črpalke

Toplotne črpalke so sistemi ter naprave za cenejše, ekološko in čistejše načine ogrevanja. Poznamo več vrst toplotnih črpalk. Toplotne črpalke zrak voda (koristijo toploto zraka iz okolice), toplotne črpalke voda voda (koristijo toploto iz vode), toplotne črpalke zemlje voda (koristijo toploto zemje, ki nikoli ne pade pod -7˚C). Delujejo po na načelu, podobnemu hladilnim Napravam. Osnovni proces, ki pojasnjuje njihovo delo je Carnotov cikel ali obrnjen krožni proces.

Toplotne črpalke, najpogosteje in običajno uporabljajo Freon kot hladilno sredstvo, lahko pa delujejo tudi na nekaterih drugih vrstah plinov (npr. amoniak). Najenostavnejše oblike toplotnih črpalk so klimatske naprave, katere grejejo in hladijo, to so tako imenovane inverter naprave. Ti pripravijo in koristijo toploto iz okolice prostora ali okoliškega zraka, so preproste in najcenejše za montažo. Bolj zapletene oblike toplotnih črpalk katere dajejo več moči, pa so sistemi, ki se vgrajujejo v zemljo, kjer boste uporabili in se koristi notranja toplota zemlje, katera dviguje temperaturo hladilnega sredstva (običajno enega od plinov Freon).

Toplotne črpalke danes še vedno niso pridobile svojega pravega statusa za široko uporabo, čeprav so zagotovo veliko boljši vir toplote iz fosilnih goriv, kateri počasi izginja, onesnažujejo okolje in imajo stalno povečevanje cen.

Teoretično, načelo delovanja toplotne črpalke

Toplotna črpalka je sistem, ki temelji na obratnem delovanju Carnotovega cikla, kateri pretvarja toploto v delo, pri čemer se koristi uporaba idealnih plinov, ponavadi freoni, odvisno od želene temperature. Način delovanja toplotne črpalke je skoraj enak načinu, delovanja hišnih hladilnikov, razlika je le v tem, da hladilni sistem odvzame toploto jo in jo daje ter sprošča naprej, dokler pa toplotna črpalka odvzema toploto iz zraka, vode ali zemlje, in jo prinaša v prostor, kateri želimo, da se segreje in ogreva. Proces je sestavljen iz dveh izokaloričnih ter dveh izotermičnih sprememb katere zapirajo krog delovanja.


Sestavni deli toplotne črpalke
- Kompresor
- Kondenzator
- Termo ekspanzijski ventil
- Uparjalnik
- Hladilna sredstva (plini)


Kompresor

Kompresorji so naprave, katere igrajo pomembno vlogo pri stiskanju in kompresiranju hladilnega medija, povečaujejo njegovo temperaturo in pritisk, ki jih prinaša delo W. Obstaja več načinov za razdelitev


Kondenzator

Kondenzator je toplotni izmenjevalec zasnovan kot sistem cevi v tuljavi, kjer hladilni medij predaja toploto. Pri toplotnih črpalkah ta medij svojo toploto predaja vodi, katera se pri tem segreva in z pomočjo vodnih črpalk, kroži skozi izmenjevalec toplote v prostor katerega se ogrevamo s pomočjo radiatorjev. Pri ohlajevanju ima kondenzator obratno vlogo, kjer on odvaja toploto.


Termo ekspanzijski ventil

Termo ekspanzijski ventil je regulator protoka hladilnega medija skozi celotni sistem. Nahaja se med kondenzatorjem in uparjalnikom. V ekspanzijski ventil potuje hladilni medij najprej iz kondenzatorja v večjem tlaku in z večjo temperaturo. Ko plin pripotuje iz ventilov v cev večjega preseka, tako dobimo nižji tlak hladilnega medija. Z ekspanzijskim ventilom lahko reguliramo delovanje celotnega kompresorja.


Uparjalnik

Uparjalnik je izmenjevalec toplote zgrajen kot sklop cevi v obliki spiral, v katere vstopi hladilni medij pri nižji temperaturi in prevzema toploto iz zemlje, vode ali zraka. Torej nam so zemlja, voda ali zrak, mediji kateri svojo energijo predajajo toplotni črpalki. Uparjalnik je funkcijsko zgrajena podobno kot kondenzator.


Hladilna sredstva, mediji (plini)

Kot hladilno sredstvo se morajo uporabljati izključno plini s specifičnimi lastnostmi, da lahko na določeni temperaturi, odvisno od pritiska, preidejo v vsa agregatna stanja . Hladilno sredstvo, plin ali medij ne sme reagirati z nobenim notranjim sestavom v samem sistemu, njegova gostota pa bi morala biti karseda velika. Hladilno sredstvo mora biti hermetično zaprto znotraj sistema, najpogosteje v bakrenih ceveh, mora biti neeksploziven, da v primeru izhajanja ne bi prišlo do eksplozije. Mora biti nestrupen in po možnosti čim manj škodljiv za okolje. Hladilni medij se zmeša z oljem za mazanje, s katerim hkrati zagotavlja neprekinjeno potovanje skozi celoten sistem. Olje ne sme spremeniti lastnosti samega plina.