Razumevanje ključne vloge toplotnih črpalk pri zelenem prehodu

ByB.O.

8. novembra, 2023
Foto: PixabayFoto: Pixabay

Razumevanje ključne vloge toplotnih črpalk pri zelenem prehodu

Toplotne črpalke so kljub pomislekom glede visokih stroškov vse bolj priznane kot ključna rešitev pri prehodu na čisto energijo. Te naprave pridobivajo energijo iz zraka, zemlje ali vode za ogrevanje ali hlajenje. Razumevanje njihovega delovanja je ključnega pomena, zlasti pri sedanjem hitrem prehodu na obnovljive vire energije.

Razprave o najboljših možnostih obnovljivih virov so lahko intenzivne in toplotne črpalke so pogosto v središču teh razprav. Vendar je njihovo osnovno delovanje preprosto. Lani se je zaradi uporabe toplotnih črpalk v Evropi emisija CO2 zmanjšala za 8 milijonov ton. To zmanjšanje poudarja velik potencial toplotnih črpalk za okoljske prednosti. Njihova uporaba tako predstavlja pomemben prispevek k blažitvi podnebnih sprememb.

Potencialni lastniki toplotnih črpalk se morajo zavedati, kako delujejo. Ti sistemi za izkoriščanje energije uporabljajo “cikel hladilnega sredstva”. Ta cikel vključuje izhlapevanje, stiskanje, kondenzacijo in širjenje. Postopek je opredelilo Evropsko združenje za toplotne črpalke (EPHA). V tem ciklu se absorbira toplota za izhlapevanje hladilnega sredstva, ki se nato stisne, da se zviša njegova temperatura. Za ta proces je potrebna dodatna energija, ki bi, če bi jo pridobivali iz obnovljivih virov električne energije, omogočila, da bi bil sistem ogljično nevtralen.

Segreta para kroži skozi kondenzator in prenaša toploto. Ta toplota se nato prenaša v ogrevalno napravo v stavbi. Takšne naprave so lahko radiatorji, talno ogrevanje ali klimatske naprave. Ko se toplota sprosti, se hladilno sredstvo vrne v tekoče stanje in je pripravljeno za ponoven začetek cikla.

Toplotne črpalke, ki se uporabljajo v stanovanjskih, poslovnih in industrijskih objektih, so izjemno učinkovite, saj za vsako porabljeno enoto energije običajno proizvedejo tri enote toplote. Zaradi te učinkovitosti so privlačna izbira za tiste, ki želijo zmanjšati svoj ogljični odtis in sodelovati v gibanju za čisto energijo.

Toplotne črpalke v hladnem podnebju

Za toplotne črpalke se pogosto zmotno misli, da so v hladnem podnebju neučinkovite. Štiri države z največjo razširjenostjo toplotnih črpalk so Norveška s 60 odstotki gospodinjstev, Švedska s 43 odstotki, Finska z 41 odstotki in Estonija s 34 odstotki. V teh državah so zimske razmere v Evropi ene najhujših. Zato ta visoka razširjenost poudarja učinkovitost toplotnih črpalk v ekstremnih podnebnih razmerah.

Raziskave kažejo, da so toplotne črpalke uporabne v regijah, kjer zimske temperature redko padejo pod -10 °C, kar vključuje večino Evrope. Še vedno so učinkovitejše od električnega ogrevanja, tudi ko se temperature približajo -30 °C.

Kljub mrazu, zaradi katerega se tresemo, zunanji zrak in talna voda ohranita veliko energije. Učinkovitost toplotne črpalke se meri s koeficientom učinkovitosti (COP), ki meri količino proizvedene toplote na enoto porabljene energije.

V povprečju toplotne črpalke v enem letu običajno dosežejo COP od tri do štiri. Čeprav se njihova učinkovitost v hladnejšem vremenu zmanjša, so študije pokazale, da toplotne črpalke dobro delujejo tudi v hudih mrzlih obdobjih.

Na Finskem so na primer laboratorijski testi vodilnih toplotnih črpalk pokazali, da nekateri modeli pri -20 °C ohranijo COP več kot dva. Pri -30 °C je COP še vedno nad ena, kar pomeni, da lahko črpalke še vedno učinkovito ogrevajo.

Zemeljske toplotne črpalke so lahko še bolj primerne za hladno podnebje. To pa zato, ker so temperature tal skozi vse leto razmeroma stabilne in ti sistemi ne porabljajo energije za odmrzovanje. Študija je pokazala, da so zemeljske toplotne črpalke v teh razmerah učinkovite.

Inovativni projekt na Finskem, ki je prejel nagrado EPHA, je primer uspešne integracije geotermalne energije s tehnologijo toplotnih črpalk. Projekt, znan kot “Geolo”, vključuje prenosni sistem za oskrbo gradbišč z energijo, ki je učinkovit tudi pri -30 °C. Ta sistem je prispeval k izgradnji srednje šole in stanovanjskih stavb v mestu Vantaa.

20 milijonov toplotnih črpalk zmanjšuje emisije CO2

V Evropi je bilo nameščenih približno 20 milijonov toplotnih črpalk, ki so zmanjšale emisije CO2 za 54 megaton na leto, kar je enako letnim emisijam Grčije.

Kljub zanimanju za toplotne črpalke so mnogi zadržani, saj niso prepričani o njihovi združljivosti s starejšimi stavbami. Vendar Evropska zveza za javno zdravje (EPHA) zagotavlja, da se toplotne črpalke lahko prilagodijo vsaki vrsti stavbe z ustreznim sistemom ogrevanja ali hlajenja.

V Združenem kraljestvu so v okviru pobude, ki jo podpira vlada, toplotne črpalke uspešno namestili v številne stanovanjske stavbe, od viktorijanskih teras do predvojnih dvojčkov in stanovanjskih blokov iz šestdesetih let prejšnjega stoletja.

Britanski minister za energijo in čisto rast lord Callanan je poudaril vlogo toplotnih črpalk za čisto energijo pri doseganju neto ničelne prihodnosti. Poudaril je, da je poskus dokazal njihovo učinkovitost v različnih stanovanjskih slogih in časovnih obdobjih. Pričakuje, da se bo tehnološki napredek v naslednjem desetletju nadaljeval. Hkrati predvideva, da se bodo s tem povezani stroški zmanjševali. Zato bodo toplotne črpalke postale prednostna in stroškovno učinkovita izbira za potrošnike.

Primer opatije Bath v Angliji kaže, da je mogoče toplotne črpalke namestiti tudi v najbolj veličastne zgodovinske stavbe. Vendar za mnoge prebivalce Združenega kraljestva glavna ovira ni gradbeno dovoljenje, temveč stroški.

Do zdaj je bila večina namestitev toplotnih črpalk v Združenem kraljestvu izvedena v večjih podeželskih hišah brez priključkov na plinovodno omrežje. Po podatkih združenja Energy Systems Catapult so te vgradnje običajno začeli premožni uporabniki. Pri teh projektih sodelujejo tudi nepremičninski razvijalci. Poleg tega pogosto sodelujejo tudi ponudniki socialnih stanovanj.

Toplotne črpalke so sicer dolgoročno koristne, vendar za mnoge ljudi trenutno predstavljajo precejšnjo oviro pri začetnih stroških. Povprečni izdatki za nakup in izvedbo toplotne črpalke z zračnim virom znašajo približno 10.000 funtov. Ta znesek je bistveno višji od finančnega vložka za običajni plinski kotel. Začetna naložba je običajno dva- do štirikrat višja.

Vpliv stroškov energije na toplotne črpalke

V Združenem kraljestvu je cena električne energije, od katere so odvisne toplotne črpalke, približno trikrat višja na enoto kot cena plina. Ta razlika lahko zmanjša možnost prihranka pri učinkovitosti, ki jo ponujajo toplotne črpalke. Ta razlika je povezana z nihanjem cen energije v različnih državah. Te podatke potrjuje kalkulator, ki ga je pripravila Mednarodna agencija za energijo (IEA).

Kljub višjim začetnim stroškom IEA poudarja, da lahko toplotne črpalke zagotavljajo dolgoročne finančne prihranke in zaščito pred nestanovitnimi cenami energije. Evropsko poročilo 2022 je poudarilo potencialne letne prihranke do 840 EUR za gospodinjstva.

Vprašanje cenovne dostopnosti, ki je zlasti pomembno za gospodinjstva z nizkimi dohodki, je mogoče ublažiti z državnim posredovanjem. Predlagani ukrepi so podpora in subvencije. Ti pa se med različnimi evropskimi državami razlikujejo.

Z uporabo toplotnih črpalk so povezani dodatni stroški. Te proizvajajo vodo pri nižjih temperaturah kot plinski kotli, zato so pogosto potrebni večji radiatorji. Izboljšave, kot sta dvojna zasteklitev in boljša izolacija, so priporočljive, da se čim bolj zadrži toplota, vendar prav tako povzročajo dodatne stroške.

Marek Miara, povezan z Inštitutom Fraunhofer za sisteme sončne energije (ISE), opozarja, da večja prenova hiše ni pogoj za vgradnjo toplotne črpalke. Poudarja, da je namestitev toplotne črpalke mogoča brez obsežnih sprememb. Ta ugotovitev kaže na to, da je postopek dostopnejši, kot se običajno zdi. Vsak ukrep za zmanjšanje toplotnih izgub izboljša učinkovitost toplotne črpalke – to velja za vse ogrevalne sisteme.

Zemeljske toplotne črpalke so še posebej tihe. Po podatkih Evropskega združenja toplotnih črpalk (EHPA) so podobne zračnim sestavljene iz zunanje enote, ki običajno oddaja 60 decibelov, kar je primerljivo z običajnim pogovorom, in notranje enote, ki deluje s šepetajočo jakostjo od 18 do 30 decibelov.

Jan Rosenow iz Regulatory Assistance Project, britanske nevladne organizacije za čisto energijo, poudarja, da poleti, ko ogrevanje ni potrebno, toplotne črpalke ne delujejo in zato ne povzročajo hrupa. Rosenow obravnava tudi pogoste napačne predstave o toplotnih črpalkah in ponuja vire za preverjanje dejstev, da bi se lažje odločali o izbiri energije.

Vir

foto: Pixabay

Biznis24