Kako določiti moč toplotne črpalke brez ugibanja

Vprašanje, kako določiti moč toplotne črpalke, se pojavi pri vsakem načrtovanju novogradnje ali energetski prenovi ogrevalnega sistema. Napačna ocena lahko povzroči nepotrebno visoko začetno investicijo, višje obratovalne stroške ali celo nezadostno ogrevanje v najhladnejših zimskih dneh. Zanesljiva izbira moči naprave ne temelji na pavšalnih ocenah po kvadratnem metru, temveč na natančnih fizikalnih izračunih toplotnih izgub stavbe ter specifičnih zahtevah uporabnikov.

Tveganja predimenzioniranja in poddimenzioniranja naprave

Najpogostejša napaka pri izbiri ogrevalnih sistemov je predimenzioniranje – prepričanje, da večja nazivna moč pomeni večjo varnost. Premočna toplotna črpalka v prehodnih obdobjih (pomlad in jesen), ko objekt potrebuje le majhen delež nazivne toplotne moči, deluje v režimu pogostega vklapljanja in izklapljanja (t. i. taktiranje). To povzroča:

• Prehitro mehansko obrabo kompresorja in krajšo življenjsko dobo naprave,
• Padec sezonske energetske učinkovitosti (SCOP) zaradi zagonskih tokov,
• Neenakomerno temperaturno ugodje v bivalnih prostorih,
• Nepotrebno višjo začetno investicijo v napravo in pripadajočo elektroinštalacijo.

Poddimenzionirana naprava po drugi strani ob nastopu najnižjih zunanjih temperatur ne more pokriti toplotnih izgub brez dolgotrajnega delovanja pomožnih električnih grelcev. To neposredno vpliva na višji račun za električno energijo, v izjemnih primerih pa lahko prostori ostanejo pod želeno temperaturo.

Osnova izračuna: toplotne izgube objekta po standardu SIST EN 12831

Edina inženirsko pravilna metoda za določitev potrebne toplotne moči je izračun toplotnih izgub stavbe v skladu s standardom SIST EN 12831. Ta metoda upošteva dve glavni komponenti toplotnih tokov skozi ovoj stavbe:

• Transmisijske izgube: prehod toplote skozi zunanje stene, streho, tlake proti terenu ali neogrevanim prostorom, okna in vrata ter vpliv toplotnih mostov (določeno s toplotno prehodnostjo U v W/m²K).
• Ventilacijske izgube: toplotne izgube zaradi naravnega zračenja (infiltracija skozi reže) ali prisilnega mehanskega prezračevanja. Vgradnja prezračevanja z vračanjem toplote (rekuperacijo) te izgube zmanjša za 70 do 90 %.

Vsota transmisijskih in ventilacijskih izgub pri projektni zunanji temperaturi predstavlja projektno toplotno obremenitev objekta (izraženo v kW), ki je glavno izhodišče za izbiro moči toplotne črpalke.

Vpliv projektne zunanje temperature v Sloveniji

Slovenija je razdeljena na več temperaturnih con, ki določajo projektno zunanjo temperaturo – to je najnižja povprečna temperatura, pri kateri mora ogrevalni sistem še vedno zagotavljati projektirano notranjo temperaturo (običajno 20 °C do 22 °C):

• Primorje: projektna temperatura med -4 °C in -6 °C,
• Osrednja Slovenija in nižinski predeli: med -13 °C in -15 °C,
• Alpska območja, kotline in višje ležeči kraji: med -16 °C in -18 °C.

Pri toplotnih črpalkah zrak-voda je ključno preveriti tehnični list naprave in njeno dejansko izhodno toplotno moč pri projektni temperaturi (npr. pri A-13/W35 ali A-13/W55), ne zgolj pri standardni nazivni točki A7/W35. Sodobne inverterske naprave ohranjajo visok delež nazivne moči tudi pri temperaturah globoko pod lediščem.

Ocena moči pri obstoječih objektih na podlagi porabe energenta

Kadar pri starejših hišah ni na voljo projektne dokumentacije ali natančnih podatkov o sestavi sten in izolaciji, si lahko pomagamo z večletnim povprečjem porabe dosedanjega energenta (npr. kurilnega olja, zemeljskega plina ali peletov). Pomembno je upoštevati izkoristek starega kotla:

• Kurilno olje: 1.000 litrov kurilnega olja pri standardnem kotlu (izkoristek ~85 %) ustreza približno 8.500 kWh koristne toplotne energije.
• Zemeljski plin: 1.000 Sm³ plina pri standardnem kotlu predstavlja približno 8.000 do 8.500 kWh koristne toplote.
• Lesni peleti: 1 tona peletov zagotovi približno 4.000 do 4.300 kWh toplotne energije.

Letno porabo koristne toplotne energije delimo s številom obratovalnih ur pri polni obremenitvi (za slovensko celinsko podnebje to znaša med 1.800 in 2.200 ur letno). Hiša, ki letno porabi 2.000 litrov kurilnega olja, ima tako okvirno toplotno izgubo med 7,5 kW in 9 kW.

Dodatek za pripravo tople sanitarne vode in režim ogrevanja

Končni izračun zahteva še upoštevanje priprave tople sanitarne vode (TSV). Za povprečno gospodinjstvo se k izračunanim toplotnim izgubam objekta običajno prišteje med 0,2 kW in 0,3 kW toplotne moči na posameznega stalnega uporabnika objekta.

Prav tako je treba uskladiti temperaturni režim oddajnikov toplote. Za nizkotemperaturno talno ogrevanje (dovodna temperatura do 35 °C) toplotna črpalka deluje z višjim izkoristkom kot pri visokotemperaturnem radiatorskem sistemu (dovodna temperatura 50 °C do 55 °C). Določitev točke bivalence – točke, pri kateri se po potrebi vključi integriran pomožni električni grelec – omogoča, da toplotna črpalka 95 % do 98 % letnih potreb po toploti pokrije samostojno v najbolj ekonomičnem območju delovanja.