Toplotne pumpe su uređaji kojima se apsorbuje energija iz prirodnog okruženja i posredstvom kompresora podiže na viši temperaturni nivo za potrebe grejanja ili hlađenja objekata. Poslednjih godina postaju sve poznatije i našoj široj javnosti jer cene uobičajenih energenata (uglja, nafte, gasa i sl.) sve više rastu, te ljudi posežu za ekonomski isplativijim grejnim rešenjima. Toplotnim pumpama eksploatišemo neograničeni besplatni energetski potencijal Zemlje, uz neznatno korišćenje električne energije. Njihova upotreba je nezavisna od konstantnog rasta cena klasičnih energenata. Ugradnja ovih pumpi iziskuje značajna ulaganja, ali njenim korišćenjem uživamo veću ekonomsku isplativost, štedimo energiju i brinemo o zaštiti životne sredine.
U SKLADU SA IMPERATIVIMA XXI VEKA
U temperaturnim rasponima od -20° C zimi do +40° C u letnjim danima i temperaturu svog životnog prostora nužno moramo uskladiti sa spoljašnjim okolnostima. Kako bi svoj život učinili udobnijim i komfornijim, ljudi su razvili različite načine sistema grejanja (ali i hlađenja) objekata u kojima obitavaju. Tradicionalno se o grejanju naročito vodi računa, te se zalihe drva ili uglja nabavljaju već tokom ranog leta; štedi se novac za struju ili gas potrebnih u zimskim danima. Savremeno doba nam donosi i nova rešenja, tehnički jednostavnija i modernija i ekonomski isplativija, a ona podrazumevaju okretanje obnovljivim izvorima energije. Naime, zalihe uobičajeno korišćenih prirodnih resursa – fosilnih goriva postaju sve manje, a kako dolazi i do sve većeg porasta stanovništva na našoj planeti, budućnost nam može doneti samo njihovo potpuno iscrpljenje. S obzirom na to da je prirodnih energenata sve manje, i da time postaju sve skuplji, kao i zbog toga što njihovom upotrebom dolazi do emisije štetnih elemenata u našu već ekološki narušenu atmosferu, moramo razmišljati o alternativnim energetskim rešenjima. Siguran put upravo predstavlja upotreba obnovljivih izvora energija.
Treba naglasiti da toplotne pumpe ne spadaju u obnovljive izvore energije jer za svoj pogon koriste neznatnu količinu električne energije, pa se zbog toga ponekad pravi zabuna. Toplotne pumpe se odlično uklapaju u taj koncept – pomoću njih se koristi toplota iz okruženja, te se ostvaruje višestruka ušteda energije potrošene na grejanje/hlađenje.
// One koriste akumuliranu toplotnu energiju iz našeg okruženja, tj. zemlje / podzemnih voda / vazduha, koja, za razliku od drugih obnovljivih izvora, poput solarne energije ili energije vetra, nije uslovljena klimatskim faktorima, već je dostupna tokom cele godine. //
Upotrebom toplotne pumpe pristupamo još jednom energetski efikasnom rešenju – njome štedimo energiju, štedimo novac i čuvamo naše prirodno okruženje.
ŠTA SU TO TOPLOTNE PUMPE?
// Toplotna pumpa je uređaj kojim se apsorbuje prirodna toplotna energija – iz zemlje, podzemnih voda ili vazduha radi grejanja ili hlađenja objekata. //
Dakle, ona predstavlja uređaj koji omogućava prenos toplotne energije iz spoljnih izvora u objekat. Energetski prenosi se vrše iz sredine niže temperature u sistem više temperature – centralno grejanje.
Kako ne proizvodi energiju, toplotna pumpa neće imati dejstva ukoliko nije priključena na prirodni izvor energije, ali će njena upotreba omogućiti najbolje i najekonomičnije korišćenje prirodnih resursa. Njeno funkcionisanje je bazirano na dva prirodna fizička procesa – isparavanju i kondenzaciji, odnosno promeni agregatnog stanja iz tečno u gasovito i obrnuto.
Toplotne pumpe su uređaji kojima se apsorbuje energija iz prirodnog okruženja i posredstvom kompresora podiže na viši temperaturni nivo za potrebe grejanja ili hlađenja objekata
// Geotermalna energija, predstavlja energiju dobijenu korišćenjem zemljine unutrašnje toplote. Korišćenje toplotne energije iz okruženja krajnje je prirodno, a i logično – čovek je od davnina koristio tople izvore na kojima je gradio velika kupatila – setimo se samo raskošnih rimskih kupatila. //
Prvi javni sistem grejanja koji je koristio ove izvore sagrađen je u Sjedinjenim Američkim Državama 1892, dok je prva geotermalna elektrana nastala u Italiji 1904. godine.
U procesu apsorpcije prirodne energije pri radu toplotnih pumpi koristi se i dodatna, električna energija, pomoću koje se sama pumpa pokreće. Međutim, ona je nekoliko puta manja od energije koja je preneta. Primera radi, za 1 kWh električne energije dobija se 3-4 kWh toplotne energije.
Toplotna pumpa omogućava kako grejanje, tako i hlađenje objekta, a budući da radi po istom principu rada kao i rashladni uređaji, tj. frižider ili zamrzivač, naziva se i obrnuti frižider. Osnovni elementi ovih pumpi su (kao i kod gore pomenutih uređaja) isparivač, kompresor, kondenzator i ekspanzioni ventil.
ISTORIJSKI PUT
Rad toplotnih pumpi baziran je na Karnoovom ciklusu. Francuski naučnik Sadi Karnov je početkom XIX veka, odnosno 1824, prvi put predstavio svoju teoriju. Potom je 1852. britanski naučnik Kelvin predložio da se uređaj za hlađenje može koristiti i za grejanje, a da se povratni Karnoov ciklus može koristiti za zagrevanje. On je prvi predložio formalni sistem toplotne pumpe. Brojni naučnici i inženjeri su u narednim decenijama proučavali toplotnu pumpu, da bi se prva takva pumpa 1912. instalirala u Švajcarskoj. Ovom toplotnom pumpom korišćena je voda kao izvor toplotne energije za grejanje i ona predstavlja prvi instaliran sistem toplotne pumpe na svetu. Tokom 40-ih i 50-ih godina XX veka proizvodnja ovih pumpi raste, da bi tokom 70-ih godina došlo do njenog intenzivnog razvoja. Kako je XXI vek vek energetske krize, u kom dolazi do smanjenja prirodnih energenata, a samim tim i njihovih poskupljenja, energetski obnovljivi izvori energije postaju sve cenjeniji, primenljiviji i poželjniji, a po svojim karakteristikama apsorpcija nepresušne prirodne energije iz okruženja, na kojoj je baziran rad toplotne pumpe, apsolutno prednjači.
VRSTE TOPLOTNIH PUMPI
U zavisnosti od sredine iz koje se eksploatiše prirodna energija i sredine u koju se prenosi, razlikuju se kako vrste toplotnih pumpi, tako i njihov princip rada.
Toplotnom pumpom VODA-VODA toplotna energija se preuzima iz podzemnih voda, koje su preko cele godine na temperaturi između 12° C i 15° C, i prenosi na vodu koja se nalazi unutar cevi za zagrevanje objekta. Njeno ugrađivanje podrazumeva prvobitno iskopavanje dubokog bunara posredstvom kojeg se bunarska voda vodi u izmenjivač toplote u kom se deo toplote te podzemne vode prenosi u freon, koji tada isparava. Delimično ohlađena voda vraća se u bunar. Freon, koji je u gasovitom stanju, sabija se kompresorom i otpušta toplotu koju predaje vodi koja cirkuliše kroz podni sistem cevi objekta. Iako je veoma efikasna, ako ne i najefikasnija, ova vrsta grejanja ima najveće zahteve u vezi sa ugradnjom jer je neophodno kako iskopati dovoljno duboke kanale, tako i sprovesti i fizička i hemijska ispitivanja ispravnosti vode.
Toplotne pumpe su uređaji kojima se apsorbuje prirodna toplotna energija – iz zemlje, podzemnih voda ili vazduha radi grejanja ili hlađenja objekata
Po načinu ugradnje i funkcionisanja ovoj pumpi je slična toplotna pumpa ZEMLJA-VODA. Naime, njome se toplotna energija crpi iz zemlje, a potom predaje vodi u cevima za grejanje. Ugrađuje se i sistemom sa horizontalnim polaganjem cevi ispod površine zemlje – on je jednostavniji, ali manje efikasan. Pri ugradnji ovog sistema mora se voditi računa o tome da površina ispod koje su cevi ne podleže velikom teretu koji bi izazvao njihovo oštećenje, zbog čega je ova vrsta pumpi podesnija kod objekata na periferiji grada. Pri ovoj postavci, osim veće slobodne površine, potrebno je i dosta radova jer se kolektori postavljaju na većoj dubini. Stoga su poželjnije zemljane sonde za čije je bušenje potrebno manje vremena i pripremnih radova, ali pri čemu se svakako mora voditi računa o karakteristikama zemljišta.
Najmanja ulaganja zahteva toplotna pumpa VAZDUH-VODA jer ona koristi toplotu spoljašnjeg vazduha i predaje je vodi koja se nalazi u cevima. Ovaj uređaj nema posebnih zahteva u pogledu ugrađivanja, te se može postaviti skoro na svakom mestu. Spoljna jedinica se postavlja na spoljni zid objekta ili tlo, a celokupna montaža se može izvesti za svega jedan ili dva dana.
Na principu rada i prethodno navedenih, funkcioniše i toplotna pumpa VAZDUH-VAZDUH. Jasno je da se njome toplota crpi iz spoljašnjeg vazduha, s tim što se preuzeta toplota ne predaje vodi, već vazduhu unutar prostorija. Pri izboru ove pumpe u objektu, dakle, treba da se nalaze uređaji koji izduvavaju vazduh.
ULAGANJE U ISPLATIVOST
Sistem grejanja/hlađenja pomoću toplotne pumpe postaje sve popularniji u Evropi, a brojne vlade ga (najpre iz ekoloških pobuda) uvode i kao nužan pri izgradnji novih objekata. Njegova primena naročito je uspešna u, recimo, hladnim uslovima Skandinavije. U Srbiji se korisnici još uvek premišljaju kada su toplotne pumpe u pitanju, što zbog navike na uobičajene sisteme grejanja, što zbog velikih početnih ulaganja koje ovaj sistem iziskuje.
// Stručnjaci, međutim, tvrde da se ova investicija isplati već za oko tri do pet godina, nakon kojih korisnik može uživati samo benefite ovog sistema. Stručnjaci savetuju i da je najisplativija kombinacija toplotne pumpe i podnog grejanja. //
CENA UGRADNJE TOPLOTNE PUMPE
Toplotne pumpe iziskuju visoka početna ulaganja, ali s vremenom donose ogromnu uštedu. Cena ugradnje sistema grejanja pomoću toplotne pumpe uslovljena je, najpre, tipom toplotne pumpe (voda-voda, zemlja-voda, vazduh-voda, vazduh-vazduh). Koja je vrsta toplotnih pumpi najpogodnija za neki objekat zavisi od samog objekta, tj. njegove namene, lokacije, okoline, a cena kompletnog sistema ugradnje i od performansi samog objekta, u smislu kvaliteta izolacije i sl. Primera radi, ugradnja pumpe voda-voda za privatnu kuću od 150 m2 staje oko tri-četiri hiljade evra, a celog sistema oko sedam hiljada evra. Međutim, račun za grejanje na mesečnom nivou bi iznosio 10.000 dinara, dok bi sistem grejanja na struju za istu kvadraturu iznosio duplo više. Jeftiniji i jednostavniji za održavanje od sistema voda-voda jeste sistem vazduh-voda, ali je prvonavedeni efikasniji i postojaniji na niskim temperaturama. Kako su visoka početna ulaganja česta prepreka pri izboru ovih sistema grejanja, ona su zastupljenija u ekonomski razvijenijim, ali i ekološki osvešćenijim zemljama.
PREDNOSTI UPOTREBE TOPLOTNIH PUMPI
Toplotne pumpe su, pre svega, energetski efikasne. Njihovom upotrebom ostvaruje se ušteda i do 75% sredstava u odnosu na uobičajene grejne sisteme (elektrokotlovi, TA peći, odnosno drva, ugalj, plin i sl.) jer one koriste besplatnu i neograničenu energiju iz prirodnog okruženja. Preostalih 25% troši se na korišćenje električne energije, neophodne za rad same pumpe. Samim tim i računi za potrošnju energije bivaju manji.
Iz toga sledi da su toplotne pumpe, zapravo, najjeftiniji sistem grejanja, pri čemu je najznačajnije to da plaćamo onoliko koliko smo potrošili. Osim toga, ovi su uređaji vrlo laki za održavanje. Preventivno se jednom godišnje mogu proveriti neki detalji. Takođe, oni su i vrlo bezbedni – kako nema, recimo, plamena, ne može doći do opekotina, te nema zabrinutosti zbog dece ili kućnih ljubimaca.
// Sistemi toplotnih pumpi smanjuju emisiju ugljen dioksida u vazduhu čime se ostvaruje zaštita prirodne okoline. Ovaj sistem grejanja je automatizovan i omogućava komfor jer kod njegove upotrebe nema pripreme goriva, loženja, čišćenja, otpada itd.//
Udoban i zdrav životni prostor
IZBOR JE NA N(V)AMA
Sistemi ugrađivanja toplotnih pumpi u Srbiji još su u povoju, ali se ljudi svaki danom sve češće za njih opredeljuju uvidevši benefite koje oni pružaju. Kao što smo već rekli, značajna prepreka jesu početna ulaganja koja, isprva, mogu delovati vrlo nedostižna prosečnoj ovdašnjoj porodici (ali zar ne podižemo kredite od nekoliko hiljada evra da bismo priuštili sebi noviji automobil?). Međutim, ipak je važno gledati u budućnost i razmišljati o dugoročnoj isplativosti. Ono što je nužno jeste sagledati i način života modernog čoveka – koliko samo vremena provodimo van doma, na poslu, deca u školama ili na drugim aktivnostima? Da li imamo vremena i snage da nakon napornog dana pripremamo gorivo za grejanje, čekamo da se dom ugreje i zašto bismo plaćali grejanje praznog prostora? Naposletku, važno je da budemo i ekološki osvešćeni. Zemlju smo toliko iscrpli da je vreme da brinemo o njoj, više nego ikada pre, da bismo i sami duže trajali i kvalitetnije živeli.
Autor teksta: Sanja Dakić