Dizalica topline - grijanje i hlađenje solarnom energijom

U prethodnim vodičima naučili smo kako solarni paneli proizvode struju, kako inverter tu struju pretvara u upotrebljivu energiju i kako je baterija pohranjuje za kasniju upotrebu. U ovom, završnom vodiču iz serije za početnike, bavimo se dizalicom topline - uređajem koji solarnu energiju koristi za grijanje i hlađenje doma. Kombinacijom solarne elektrane i dizalice topline, kućanstvo može pokriti gotovo sve energetske potrebe - i struju i toplinu.

Što je dizalica topline?

Dizalica topline (engl. heat pump) je uređaj koji prenosi toplinsku energiju iz jednog mjesta na drugo koristeći pri tome relativno malu količinu električne energije. Za razliku od klasičnog električnog grijača koji 1 kWh električne energije pretvara u 1 kWh topline, dizalica topline za svaki utrošeni 1 kWh električne energije isporuči 3 do 5 kWh toplinske energije. Ta omjer naziva se COP (Coefficient of Performance - koeficijent učinkovitosti).

Ostatak energije ne dolazi iz električne mreže nego iz okolnog zraka, tla ili podzemne vode - to su besplatni prirodni izvori topline koji postoje svugdje oko nas, čak i pri niskim vanjskim temperaturama. Dizalica topline tu energiju "podiže" na višu temperaturu prikladnu za grijanje prostora ili sanitarne tople vode.

Kako dizalica topline radi?

Princip rada dizalice topline identičan je principu rada hladnjaka ili klima uređaja, samo u suprotnom smjeru ili s mogućnošću rada u oba smjera. Rashladni fluid (radna tvar) cirkulira kroz zatvoreni krug i prolazi kroz četiri faze:

1. Isparivač - Rashladni fluid apsorbira toplinu iz vanjskog zraka (ili tla) i isparava pri niskoj temperaturi.
2. Kompresor - Električni kompresor komprimira plin, čime mu podiže temperaturu i tlak. Ovo je jedini korak koji troši električnu energiju.
3. Kondenzator - Zagrijani plin predaje toplinu grijačem sustavu kuće (podno grijanje, radijatori ili ventilatorske jedinice) i kondenzira se natrag u tekućinu.
4. Ekspanzijski ventil - Tekućina prolazi kroz ventil, tlak joj pada, ohladi se i krug se ponavlja.

Reverzibilne dizalice topline mogu raditi i u suprotnom smjeru - ljeti oduzimaju toplinu iz prostorije i izbacuju je van, čime hlade dom. Jedna naprava za grijanje zimi i hlađenje ljeti.

Vrste dizalica topline

Dizalice topline razlikuju se prema izvoru iz kojeg crpe toplinsku energiju:

1. Zrak-voda dizalica topline (air-to-water) - Crpi toplinu iz vanjskog zraka i predaje je vodi u grijačem sustavu. Najraširenija vrsta za kućnu upotrebu zbog relativno jednostavne instalacije - ne zahtijeva bušenje ili kopanje. Vanjska jedinica podsjeća na klima uređaj. Učinkovitost (COP) kreće se od 2,5 do 5, ovisno o vanjskoj temperaturi. Na temperaturama ispod -15 do -20 stupnjeva Celzijusa učinkovitost pada, ali moderni modeli rade i na -25 stupnjeva.
2. Zrak-zrak dizalica topline (air-to-air) - Crpi toplinu iz vanjskog zraka i predaje je izravno u prostoriju putem ventilatorskih unutarnjih jedinica - identično klima uređaju s funkcijom grijanja. Jeftinija za instalaciju ali ne zagrijava sanitarnu toplu vodu. Popularna kao dodatno ili primarno grijanje u obiteljskim kućama i stanovima.
3. Zemlja-voda dizalica topline (ground source) - Crpi toplinu iz tla putem horizontalnih kolektora zakopanih na dubini 1 do 2 metra ili vertikalnih sondi bušenih do 100 i više metara dubine. Tlo na dubini ima relativno stabilnu temperaturu tijekom cijele godine (8 do 12 stupnjeva Celzijusa u Hrvatskoj), što daje visoku i stabilnu učinkovitost COP 4 do 6. Skuplja za instalaciju zbog zemnih radova, ali s nižim operativnim troškovima.

Zašto je kombinacija solarne elektrane i dizalice topline idealna?

Dizalica topline troši električnu energiju - i upravo tu leži savršena sinergija sa solarnom elektranom. Umjesto da kupujete skupu struju iz mreže za pogon dizalice topline, koristite besplatnu solarnu energiju s vlastitog krova.

Uz to, postoji prirodna usklađenost između solarne proizvodnje i potreba za grijanjem sanitarne tople vode. Paneli proizvode najviše energije ljeti kada je potreba za grijanjem najmanji - ali potreba za toplom vodom postoji cijelu godinu. Višak solarne energije koji ljeti ne možete iskoristiti za struju savršeno se može usmjeriti u bojler dizalice topline.

Primjer: kućanstvo sa 6 kWp solarne elektrane i dizalicom topline COP 4 za svaki 1 kWh solarne energije utrošene u dizalicu dobiva 4 kWh toplinske energije. To je četverostruka multiplikacija vrijednosti solarne energije u odnosu na direktno električno grijanje.

Koja grijaća tijela idu uz dizalicu topline?

Dizalica topline zrak-voda radi na nižim temperaturama polaznog voda (35 do 55 stupnjeva Celzijusa) od klasičnih kotlova na plin ili lož ulje koji rade na 70 do 90 stupnjeva. Zbog toga je posebno učinkovita u kombinaciji s:

1. Podnim grijanjem - Idealna kombinacija jer podno grijanje radi na niskim temperaturama vode (30 do 40 stupnjeva), što dizalici topline daje najvišu učinkovitost. Ako gradite novu kuću ili renovirate, podno grijanje uz dizalicu topline i solarnu elektranu je zlatni standard.
2. Fan coil jedinicama (ventilatorski konvektori) - Unutarnje jedinice koje putem ventilatora ubrzano zagrijavaju ili hlade prostoriju. Rade pri nižim temperaturama vode od klasičnih radijatora i mogu i hladiti ljeti - dvostruka funkcija.
3. Niskotemperaturnim radijatorima - Veći radijatori projektirani za rad s nižim temperaturama vode, kompatibilni s dizalicom topline. Mogući i u renoviranim kućama bez podnog grijanja.

Koliko košta dizalica topline?

Cijena dizalice topline zrak-voda za obiteljsku kuću površine 100 do 150 m² kreće se od 4.000 do 10.000 EUR za samu napravu, a ukupna instalacija uključujući montažu, bojler za sanitarnu toplu vodu i elektroinstalacije iznosi 7.000 do 15.000 EUR. Dizalice tlo-voda su skuplje zbog zemnih radova - ukupno 15.000 do 30.000 EUR.

Fond za zaštitu okoliša i energetsku učinkovitost sufinancira ugradnju dizalice topline u kombinaciji sa solarnom elektranom s do 8.000 EUR potpore. Za obitelji s djecom mlađom od 18 godina dostupan je i poseban program s do 15.000 EUR. Kombiniranjem dostupnih potpora moguće je pokriti znatan dio ukupne investicije.

Koliko se uštedi na grijanju?

Ušteda ovisi o tome čime ste do sada grijali. U usporedbi s:

1. Plin - Ušteda 30 do 50% na troškovima grijanja, ovisno o cijeni plina i lokalnoj klimi.
2. Lož ulje - Ušteda 50 do 70%, jer je lož ulje skuplje od plina a dizalica topline znatno učinkovitija od kotla.
3. Direktno električno grijanje - Ušteda 60 do 75%, jer dizalica topline troši 3 do 4 puta manje struje za istu količinu topline.

Uz solarnu elektranu koja pokriva dio ili cijelu potrošnju električne energije dizalice topline, ukupni troškovi grijanja mogu se smanjiti na gotovo nulu u toplijem dijelu godine, a znatno i zimi kada je solarne energije manje ali dizalica topline i dalje radi učinkovito.

Buka i smještaj vanjske jedinice

Vanjska jedinica dizalice topline zrak-voda sliči velikoj klima jedinici i emitira određenu razinu buke - tipično 45 do 65 dB na udaljenosti od jednog metra, ovisno o modelu i snazi. Modernije inverterske dizalice topline znatno su tiše od starijih modela s fiksnom brzinom kompresora.

Pri smještaju vanjske jedinice treba voditi računa o dostupnosti svježeg zraka, odvodu kondenzata, minimalnoj udaljenosti od susjednih nekretnina prema lokalnim propisima te zaštiti od izravnog sunca koje smanjuje učinkovitost ljeti. Potrebno je i zadovoljiti uvjete iz Pravilnika o zaštiti od buke.

Zaključak - zatvaranje kruga energetske neovisnosti

Ovim vodičem zaokružili smo seriju o osnovama solarne energije. Krug izgleda ovako: solarni paneli proizvode struju, inverter je pretvara u upotrebljivu energiju, baterija pohranjuje višak, a dizalica topline tu energiju koristi za grijanje i hlađenje. Svaka komponenta nadopunjuje drugu i zajedno čine sustav koji kućanstvo može dovesti do pune ili gotovo pune energetske neovisnosti.

Hrvatska ima odlične uvjete za ovakve sustave - visok broj sunčanih sati, dostupne potpore i regulativni okvir koji ide u prilog obnovljivim izvorima. Ako ste nakon čitanja ove serije vodiča zainteresirani za konkretan korak, preporučujemo konzultaciju s ovlaštenim instalaterom koji može izraditi analizu za vaš specifičan slučaj.