Др Боривој Степанов са Факултета техничких наука у Новом Саду објашњава колика је важност топлотних пумпи у будућности, али и како да се искористе на најбољи начин.
У Европи је у току прави бум у популарности топлотних пумпи. Од око 20 милиона топлотних пумпи, колико се процењује да их је данас инсталирано широм континента, 3 милиона је уграђено само 2022. године, у односу на 2,1 милион уграђених годину раније, пише др Боривој Степанов за Клима101.
Италија је била водећа у апсолутним бројкама, јер је у овој земљи током 2022. било уграђено преко пола милиона топлотних пумпи, а када је у питању њихов број по глави становника, најуспешније су земље Скандинавије – а посебно Норвешка, у којој данас постоји једна топлотна пумпа на свака три становника (отприлике 60 одсто домаћинстава у Норвешкој има топлотну пумпу).
У Немачкој, током 2022. било је уграђено 236.000 нових топлотних пумпи. Чини се да Немачка заостаје, али тамо је проблем грејања решен са системима са високоефикасним кондензационим котловима на гас и течно гориво. Како је тај начин грејања у зависности од увоза горива, чија је цена порасла, а приликом сагоревања га прати емисија CO2, то решење се испоставило као прелазно.
Сада је у Немачкој циљ да годишње инсталације топлотних пумпи достигну бројку од пола милиона годишње – а да их 2030. буде шест милиона, у односу на садашњих 1,2 милиона.
Како би испунила овај амбициозни циљ, у Немачкој од следеће године неће више бити дозвољено да се уграђују котлови на гас и течно гориво.
У питању је велики преокрет у односу на време пре пар година. Страшна дешавања у Украјини су прекинула везе између Запада и Русије, између осталих и енергетске, и у први план се за земље Запада појавила потреба за енергетском независношћу. Са друге стране, климатске промене форсирају транзицију ка изворима енергије чије коришћење не прати емисија ЦО2.
Али зашто се баш топлотна пумпа наметнула као решење за грејање у енергетској транзицији?
Топлотна пумпа је налик фрижидеру – осим што греје
Топлотна пумпа је веома слична расхладном уређају, дакле фрижидеру, или клими која хлади у стану и у аутомобилу. Разлика је, наравно, у томе што топлотна пумпа греје.
Она узима топлоту из околине која је на ниској температури, реда величине од 0 до 20° C, што може бити из ваздуха, из земље, из подземне воде, из неког отпадног гаса или течности, па чак и из канализације.
Без топлотне пумпе, ова околна топлота је неупотребљива, јер не можемо да се загрејемо ваздухом на 0°, па ни на 10° C. Али ту на сцену ступа расхладни флуид и размењивач топлоте под називом „спаривач“, у којем расхладни флуид мења фазу из течне у гасовиту, и за ту промену узима топлоту околине.
Битна је температура при којој се ова фазна промена одвија: она мора да буде нешто нижа од температуре извора околне топлоте, да би могла да се прикупи топлота. Та ниска температура се постиже регулацијом притиска у тзв. спољашњој јединици, а ту је наравно и вентилатор који потпомаже предају топлоте.
Када је расхладни флуид у гасовитом облику, он улази у компресор где се врши његова компресија, односно збијање и пораст и температуре и притиска. Кроз бакарне изоловане цеви, компримовани расхладни медијум улази у унутрашњу јединицу која се такође састоји из размењивача, који се зове кондензатор, и вентилатора.
Постигнута температура компресијом треба да буде нешто виша од температуре ваздуха са којим желимо да грејемо простор, ако говоримо о ваздух/ваздух системима, или треба да буде нешто виша од жељене температуре воде коју испоручујемо грејним телима у објекту, ако говоримо о ваздух/вода системима. Расхладни флуид, гас, у кондензатору се кондензује, његов притисак се обара пригушивањем и враћамо се на почетак.
Топлотне пумпе за рад користе струју – и „бесплатну“ топлоту којом смо природно окружени
И на овај начин смо искористили околну топлоту, која је бесплатна, потрошили нешто електричне енергије за погон компресора и добили као производ топлоту на вишем температурском нивоу која може да загреје наше просторије на задовољавајући начин.
Главна карактеристика рада топлотне пумпе је однос између испоручене топлоте и утрошене струје, што се у иностраној литератури назива коефицијент учинка (COP, тј. coefficient of performance). Ова вредност може да буду у распону од 3 до 5. Шта то значи?
Када се грејете помоћу грејалице од 1 kWh струје, добијете готово 1 kWh топлоте. Ово можда звучи сасвим коректно – докле год вам не кажем да за 1 kWh струје треба око 3 kWh хемијски ускладиштене енергије у угљу. Ту су затим емисије CO2, пепела, па сумпорних и азотних оксида… Код топлотних пумпи ова калкулација је далеко боља: од 1 кWх струје добија се 3-5 kWh топлоте, значи 3-5 пута боље него када користите грејалицу.
Топлотна пумпа је, другим речима, велики енергетски скок напред, и у ефикасности и у смањењу емисија гасова стаклене баште. Како наводе најновија истраживања, топлотне пумпе у Европи већ су смањиле емисије у Европи толико да „покривају“ целокупне емисије једне земље као што је Грчка.
А како ми у Србији стојимо са уградњом топлотних пумпи?
Одговор ће вас изненадити – и не тако лоше.
Наиме, ради решавања проблема хлађења лети, уграђени су бројни сплит клима уређаји, и ретки су данас станови и куће који немају климу. А та популарно звана клима је у ствари зими – топлотна пумпа, и то типа ваздух/ваздух. Тако да од једног извора грејања ми у многим домовима имамо два. Имамо резерву.
Јесте да су ти уређаји мало наружили спољашњост објеката, и можете у сред лета да покиснете, и несумњиво да је повећана потрошња струје лети, и то баш онда када наша Електропривреда планира редовна одржавања. Али ови уређаји су се већ показали корисним са првим хладним данима, када још грејна сезона код корисника даљинског грејања није започела.
На немачком постоји један израз: еиерлегенде Wоллмилцхсау, у слободном преводу свиња која несе јаја, даје вуну, млеко и месо. Ови наши клима уређаји, са својим могућностима и ефикасношћу, некако подсећају на ту измишљену животињу.
Како извући највише из једне топлотне пумпе
Рецимо да смо се одлучили на тај корак – као и милиони домаћинстава широм Европе, одлучили смо да уградимо не горепоменути клима уређај, већ топлотну пумпу типа ваздух/вода. Какве погодности треба да очекујемо?
Да би систем био ефикасан, а самим тим и да би рачуни за струју били прихватљиви, губици топлоте објекта требају да буду умерени, тако да би се највећи спољашњи минус могао „покрити“ са температуром воде на потису од 55 °C.
Највећи спољашњи минус је спољна пројектна температура, за ту температуру се систем грејања пројектује. Срећом та температура се јавља ретко, али систем мора да загреје и у том случају, и тих пар дана. На пример за Београд је та температура -12,1 °C, за Нови Сад је нешто нижа (-14,8), а за на пример град одакле је потекао наш дупли МВП из НБА лиге, Сомбор, још је нижа: -15,1 степени.
Температура воде у потису од 55° C је значајно нижа од температуре у традиционалном систему, где износи 90 °C. То значи када је цича зима, онда традиционални систем мора да испоручи воду радијаторима температуре 90° C, а систем са топлотном пумпом воду од 55° C.
Разлика није мала. Ако је у систему грејања са топлотном пумпом у радијатору вода максимално 55 °C, тада објекат који ова вода греје мора бити доведен у „енергетски ред“, тј. да има мање топлотне губитке од нпр. објекта чији су зидови без топлотне изолације, или са продорима хладног ваздуха на сваком кораку. Другим речима, ако се ништа не промени у омотачу објекта, онда нам је ипак потребан класичан систем и горепоменутих 90 °C уколико желимо да се загрејемо.
Годишњи губици топлоте по квадрату грејане површине не би требало да премашују 150 kWh/m2. Уколико премашују, онда они треба прво да се снизе кроз примену мера уштеде енергије.
На пример, први корак могу бити сет завеса и тзв. хватач хладноће (дроугхт еxцлудер). Други корак је да се ставе заптивке које би спречиле продор хладног ваздуха кроз процепе око прозора. Трећи корак би било постављање изолације, са спољашње или унутрашње стране. А финални корак би била замена прозора, наравно ако буџет тако нешто дозвољава.
Топлотне пумпе су компатибилне са системима са подним грејањем, али постојање радијатора није само по себи препрека. У случају да су радијатори првобитно предимензионисани постоји могућност да ће радити и са нижом температуром потисне воде. Уколико се испостави да не могу да покрију топлотне губитке у новом аранжману, мењају се или се додају додатна грејна тела.
По питању коефицијента учинка (COP) пожељно је да је та вредност преко 3,5 и то на годишњем нивоу, а ако је та годишња вредност испод 2,5 сматра се да је систем неефикасан, а ако вредност падне на вредност близу 1, онда је нека грешка приликом пројектовања направљена, и треба одмах рекламирати.
Можда и најпластичнији приказ растуће популарности топлотних пумпи је и један недавни, наизглед неочекивани догађај у сфери енергетике.
Наиме, немачка породична фирма „Viessmann“, која 85 посто свог пословања базира на топлотним пумпама, и која је прошле године имала рекордни приход од 4 милијарде евра, решила је да свој део под називом Климатска решења (Climate Solutions) – прода. Купац је амерички гигант из области климатизације и расхладних уређаја, компанија Царриер, и то по цени од чак 12 милијарди долара.
Мада разлози за овај корак нису обелодањени, посебно с обзиром на растућу популарност топлотних пумпи у Немачкој, једна претпоставка је да ће се у будућности цене топлотних пумпи видно смањити, а са њима и профити, јер се очекује велика конкуренција из Азије. Другим речима, топлотне пумпе постаће драстично веће тржиште, у којем за „средње“ играче неће бити места – а њихова уградња требало би да постане све јефтинија.
Аутор: др Боривој Степанов / Клима 101
pexels photo
