Piše: M.Sc. Muamer Hromić, dipl.ing.maš., CETEOR Sarajevo, mhromic@ceteor.ba

U vremenu globalnih promjena i poremećaja u snabdjevanju osnovnim životnim namirnicama dešavaju se neminovne promjene vezane za energiju i snabdjevanje istom. Ovakve promjene su u velikoj mjeri uzrokovane porastom cijena energenata, nestašicom istih te energijskom neizvjesnošću što dodatno otežava život običnih građana ali i privrednih subjekata čije svakodnevne aktivnosti, u velikoj mjeri, se baziraju na korištenju energije (proizvodni procesi, transport, grijanje, hlađenje,…). Kada se na sve navedeno dodaju i problemi nastali uslijed klimatskih promjena i prevelikog iskorištavanja prirodnih resursa, dolazi se do zaključka da je neophodno uvesti određene promjene u pristupu energiji i njenom korištenju. promjene neminovne i sasvim opravdane.

U jeku ovakvih dešavanja mnogi pojedinci, firme te javne ustanove pribjegavaju pronalasku najboljih tehnika koje im mogu dati koliku toliku sigurnost i prijeko potrebno rješenje u smislu osiguranja osnovnih životnih/radnih potreba/procesa. Firma CETEOR (www.ceteor.ba) je za mnoge klijente, pravna i fizička lica, uradila procjene i preporuke za prelazak sa starih i neefikasnih tehnologija na korištenje novih efikasnih i okolinski prihvatljivih tehnologija i opreme.

U tom smislu CETEOR svojim klijentima preporučuje korištenje toplotnih pumpi (TP) koje skupa sa solarnim fotonaponskim elektranama predstavljaju idealnu kombinaciju za budućnost i ispunjavanje energijskih potreba domaćinstava i drugih stambenih, stambeno-poslovnih i proizvodnih prostora. Stoga toplotne pumpe postaju aktuelnije nego ikad a naročito sa aspekta ulaznog energenta (električne energije) koji u našem slučaju predstavlja 100% domaći proizvod. Način rada, vrste i podjele TP su od presudnog značaja za povrat investiranih sredstava, ali isto tako imanja direktnog većeg ili manjeg uticaja na okolinu i stanje iste.

Šta su to toplotne pumpe

Postoje različite stručne definicije toplotnih pumpi. U kontekstu opšte razumljive definicije reći ćemo da su toplotne pumpe uređaji koji, koristeći rad električne energije i energijski potencijal okoline, u zimskim uslovima podižu toplotu/temperaturu u zagrijavanom prostoru a u ljetnim uslovima „ispumpavaju“ toplotu iz prostora i odvode je u okolinu pri čemu ostvaruju efekat hlađenja.  Dakle, TP su uređaji koji preuzimaju toplotu od toplotnog izvora i dižu je na veći temperaturni nivo da bi je kao takvu predali toplotnom ponoru, uz rad ostvaren kroz potrošnju električne energije. Ovakav način rada ih i svrstava u „pumpe“ a pošto rade sa toplotom/hladnoćom to se onda i nazivaju toplotnim pumapama (toplotna energija sa negativnim predzanakom predstavlja rashladnu energiju). Nakon definisanja i razumjevanja osnovnih principa rada TP-a analizirat ćemo podjelu istih, te šta koji tip i izbor znači u eksploatacijskim uvjetima.

Podjela toplotnih pumpi

Najčešća podjela toplotnih pumpi jeste na one koje koriste energiju zraka i na TP koje koriste energiju tla. Također postoje i toplotne pumpe voda/voda ali se one rjeđe upotrebljavaju iz prostog razloga što voda kao medij je dosta komplikovana za dobijanje svih saglasnosti za korištenje jer se ista ponovo ispušta u zemlju odakle je iz neposredne blizine i uzeta. Na ovaj način nastaje otvoreni sistem grijanja/hlađenja iz zemlje tj. izvora podzemne vode. Vrlo često se radi o vodozaštitnim zonama pa je jako komplikovano ishođivanje upotrebnih dozvola. Iz tog razloga su ove pumpe mnogo rjeđe u upotrebi. Ovakav tip TP daje finansijski najbolje rezultate, ali su potrebna veća investicijska ulaganja. Na slici 1 je dat uporedni prikaz sva tri tipa toplotnih pumpi i njihovih karakterističnih principa rada. Prva vrsta toplotne pumpe energiju okolnog zraka prenosi  na zrak ili vodu u tzv. sekundarnom zatvorenom krugu. Koriste se za sisteme grijanja i hlađenje stanova i manjih stambenih objekata[1]. Ovo je najprodavaniji i najzastupljeniji tip TP-a koji je po sezonskom stepenu korisnosti daleko najlošije rješenje. Mnogi faktori utiču na izbor ovakvih TP-a a najčešće su prostorni i finansijski. Dostupnost toplotnog izvora je velika, ali ovakav tip TP predstavlja najnepovoljnije rješenje zbog izrazito promjenjivih temperatura, te iz tog razloga TP neće ostvariti očekivani toplotni učinak. Na slici 2 je prikazana dispozicija vanjskih i unutrašnjih elemenata grijanja/hlađenja. Toplotne pumpe (vidjeti sliku 3) koje koriste energiju iz zemlje, se nazivaju geotermalne toplotne pumpe[2], prenose toplotu između zemlje i grijanog/hlađenog prostora. Zbog konstantne temperature tla (8-10 ^oC) imaju tokom cijele godine najveći koeficijent korisnog rada te najmanju potrošnju energije. Također nemaju negativnih efekata po okolnu temperaturu niti doprinose porastu iste. One su skuplje za nabavku, kompleksnije za instalaciju, ali su znatno efikasnije i imaju najniže operativne troškove.

Osnovne komponente toplotnih pumpi

Podjela osnovnih (najvažnijih) komponenti toplotnih pumpi može se uraditi (slika 4) na:

• Vanjsku jedinicu,
• Unutrašnju jedinicu,
• Rashladno sredstvo,
• Kompresor,
• Reverzibilni ventil i
• Ekspanzioni ventil.

Na slici 4 su prikazane osnovne komponente sistema TP, odnosno isparivač, kompresor, kondenzator i ekspanzioni ventil. Pored navedenog, bitno je spomenuti i reverzibilni ventil i rashladni fluid (RF) koji je ustvari i nosilac toplote, te je na slici vidljivo da je isti na povećanom temperaturnom nivou nakon izlaska iz kompresora, da bi predao toplotu u kondenzatoru, nakon kojeg prolazi kroz ekspanzioni ventil gdje mu se smanji tempratura i pritisak. Potom  kao plinu lazi u isparivač preuzima toplotu iz prostora te dalje cirkulira  kako bi se postupak mogao ponoviti. Upravo zahvaljujući reverzibilnom ventilu toplotne pumpe su svestrano efikasni sistemi za hlađenje i grijanje. Toplotna pumpa može promijeniti protok rashladnog sredstva i zagrijati ili ohladiti tretirani prostor. Zrak se pomoću ventilatora transportuje preko zavojnice isparivača, prenoseći toplotnu/rashladnu energiju u prostor preuzetu iz rashladnog sredstva. Tako energija cirkuliše u rashladnom sredstvu do zavojnice kondenzatora, gdje se oslobađa dok ventilator raspuhuje vazduh preko zavojnice. Na ovaj način toplota se pumpa sa jednog mjesta na drugo. U obrnutom ciklusu isparivač postaje kondenzator a kondenzator isparivač. Na taj način se mijenja ljeto/zima režim rada TP-e.

Da bi toplotne pumpe bile isplative potrebno je da zadovolje sljedeće uslove:

• Prilično konstantna temperatura toplotnog izvora koji je, po mogućnosti, dostupan što duži vremenski period u toku godine,
• Što kraća udaljenost između izvora i potrošača,
• Da su cijene dobijanja toplotne/rashladne energije koristeći druge tehnologije veće i
• odgovarajući (povećan) broj radnih sati.

Prednosti toplotnih pumpi u odnosu na ostale izvore energije[3]

• Niži troškovi grijanja/hlađenja (TP-e su jeftinije u eksploataciji od sistema koji su zasnovani na sagorjevanju goriva i gubici energije su manji).
• Jednostavnije održavanje (Za razliku od sistema koji rade na sagorjevanje tečnih ili čvrstih goriva, toplotne pumpe je dovoljno jednom godišnje provjeriti, što možemo i sami uraditi. Sistem toplotne pumpe ima manje djelova koji se troše i kvare.
• Bezbjednost (TP su bezbjednije od sistema koji rade po principu sagorjevanja tečnih i drugih goriva).
• Niža emisija štetnih gasova (TP prave drastično manje zagađenja što štiti životnu sredinu i smanjuju emisiju CO₂).
• Mogu da hlade (TP mogu da obrnu proces unazad, odnosno da hlade tokom ljeta.

Toplotne pumpe su dugotrajnije (Radni vijek toplotne pumpe je dugačak i jako su pouzdane). Glavni nedostatak TP jesu veći investicijski troškovi u odnosu na druge raspoložive tehnologije.

Energijski auditi i toplotne pumpe

Kompanija CETEOR (www.ceteor.ba) je, između ostalog, specijalizirana za obavljanje energijskih audita u sklopu kojih predlaže mjere za poboljšanje sistema. Jedna od mjera koja ima najkraći povrat na investiciju predstavlja upravo investicija u toplotne pumpe. Za manje stambene objekte preporuka je da se ugrađuju sistemi TP-a zrak/voda a za malo veće i složenije sisteme obavezno se preporučuje ugradnja TP-a zemlja/voda. Zadnje spomenuto rješenje je idealno za objekte koji imaju složene sisteme HVAC-a (grijanje, hlađenje, ventiliranje) tj. imaju bazensku tehniku, proizvodnju PTV (potrošne tople vode) te sisteme grijanja/hlađenja koji mogu i u ljetnom i u zimskom periodu da potražuju i grijanje i hlađenje. Ovakvim rješenjem se postiže cjelogodišnja ušteda u energiji a dobija se maksimalan komfor u eksploataciji.

Zaključak

U vremenu kada je teško planirati i imati jasnu viziju budućnosti uvijek se treba okretati lokalnim resursima. Električna energija je jedan od takvih resursa. Toplotne pumpe su konzumenti električne energije sa SPF=2-4,75 (Seasonal Performance Factor – Faktor sezonskih performansi) u ovisnosti o tipu TP-a (veći koeficijent je vezan za TP zemlja/zrak iz razloga konstantne temperature tla).

To znači da se postiže ušteda električne energije direktno proporcijonalno SPF-u, a osim smanjene potrošnje uzročno posljedično se smanjuje i emisija stakleničkih plinova CO₂ što je jedna od najvažnijih smjernica okolinske politike globalnog karaktera.

Shodno svemu rečenom toplotne pumpe predstavljaju budućnost u tehnici grijanja/hlađenja sa značajnim pozitivnim efektima kako za korisnike tako i za sami okoliš.

[1] https://www.amp-solar.com/toplinske-pumpe-info

[2] http://meb-doo.com/wp-content/uploads/2017/07/zemlja_voda2.jpg

[3] https://toplotnepumpe.rs/princip-rada-toplotne-pumpe/