Kako določiti moč toplotne črpalke brez ugibanja

Pri prehodu na sodoben ogrevalni sistem je eno ključnih vprašanj vseh investitorjev, kako določiti moč toplotne črpalke, ne da bi se pri tem zanašali na grobe ocene »čez palec«. Napačna izbira nazivne moči namreč neposredno vpliva na višino investicije, porabo električne energije, udobje bivanja in življenjsko dobo celotnega sistema. Zanesljivo dimenzioniranje ne temelji na ugibanju, temveč na fizikalnih parametrih objekta, mikrolokaciji in predvidenem režimu ogrevanja.

Posledice predimenzioniranja in poddimenzioniranja naprave

Med investitorji pogosto prevladuje prepričanje, da je »močnejša toplotna črpalka vedno varnejša izbira«. V praksi pa predimenzionirana toplotna črpalka povzroča več težav kot koristi:

• Pogosto vklapljanje in izklapljanje (taktiranje): Premočna naprava hitro doseže želeno temperaturo vode v sistemu in se ugasne. Pogosti zagoni kompresorja povzročajo mehansko obrabo, zmanjšujejo letno grelno število (SCOP) in skrajšujejo življenjsko dobo naprave.
• Višji začetni stroški: Toplotna črpalka večje moči zahteva višjo začetno investicijo v sam agregat ter morebitne večje preseke električnih vodnikov ali močnejše varovalke.
• Neučinkovito delovanje v prehodnih obdobjih: Spomladi in jeseni, ko so potrebe po toploti majhne, prevelika enota ne more modulirati dovolj nizko, kar vodi v neenakomerno ogrevanje.

Po drugi strani poddimenzionirana naprava v najhladnejših dneh ne more samostojno pokriti toplotnih izgub. Posledično se prepogosto vklapljajo pomožni električni grelci, kar drastično poveča mesečni račun za električno energijo.

Izračun toplotnih izgub po standardu SIST EN 12831

Edina strokovno priznana metoda za ugotavljanje potrebne toplotne moči je izračun toplotnih izgub objekta po standardu SIST EN 12831. Ta izračun upošteva dva osnovna tipa toplotnih izgub:

• Transmisijske izgube: Toplota, ki prehaja skozi zunanje stene, streho, tla proti terenu, okna in vrata. Odvisne so od površine elementov in njihove toplotne prehodnosti (U-vrednosti).
• Ventilacijske izgube: Toplota, ki se izgubi z zračenjem skozi reže ali z odpiranjem oken. Če je v objektu vgrajen sistem prisilnega prezračevanja z visoko učinkovito rekuperacijo, kot je Flexit, se te izgube zmanjšajo tudi za 80 do 90 odstotkov, kar neposredno zmanjša potrebno moč toplotne črpalke.

Izračun se izvaja za t. i. projektno zunanjo temperaturo, ki je za posamezne regije v Sloveniji določena s standardi (npr. Ljubljana -13 °C, Maribor -13 °C, Postojna -13 °C, Kočevje in Velike Lašče -16 °C, Rateče do -20 °C, obalni pas -5 °C). Če toplotne izgube hiše pri projektni temperaturi znašajo 6 kW, mora vir ogrevanja pri tej zunanji temperaturi zagotoviti natanko 6 kW toplotne moči.

Določitev moči pri prenovah na podlagi pretekle porabe energenta

Pri obstoječih objektih, kjer načrti toplotne zaščite niso na voljo ali pa so bili vmes izvedeni delni ukrepi (menjava oken, dodatna izolacija), si lahko pomagamo z zgodovinsko porabo energentov v preteklih kurilnih sezonah. Zanesljiv izračun temelji na energijski vrednosti energenta in izkoristku starega kotla:

• 1 liter kurilnega olja ≈ 10 kWh toplotne energije (ob 85-odstotnem izkoristku starega kotla dobimo ca. 8,5 kWh koristne toplote).
• 1 m³ zemeljskega plina ≈ 9,5 kWh koristne toplote.
• 1 kg peletov ≈ 4,2 kWh koristne toplote.

Primer: Hiša letno porabi 2.000 litrov kurilnega olja za ogrevanje. Koristna oddana energija znaša približno 17.000 kWh letno. V povprečnem slovenskem celinskem podnebju z okoli 2.000 do 2.200 obratovalnimi urami s polno obremenitvijo je ocena toplotnih izgub objekta med 7,7 kW in 8,5 kW. V kolikor objekt sočasno dobi novo izolacijo, se te potrebe sorazmerno znižajo.

Vpliv ogrevalnega sistema in priprave tople sanitarne vode

Dimenzioniranje toplotne črpalke ni odvisno zgolj od izgub ovoja stavbe, temveč tudi od načina prenosa toplote v prostor in potreb po sanitarni vodi:

• Režim ogrevanja: Nizkotemperaturni sistemi, kot je talno ogrevanje Thermotech (temperatura dvižnega voda 30–35 °C), omogočajo toplotni črpalki višjo učinkovitost in stabilnejše delovanje v primerjavi z visokotemperaturnimi radiatorskimi sistemi (dvižni vod 50–55 °C).
• Priprava tople sanitarne vode (TSV): Za vsako osebo v gospodinjstvu se k nazivni moči toplotne črpalke običajno prišteje približno 0,2 do 0,25 kW moči oziroma se predvidi ustrezen volumen hranilnika tople vode. Švedske toplotne črpalke Qvantum s svojo modularno zasnovo omogočajo integrirano ali ločeno pripravo TSV z naprednim krmiljenjem konic.

Modulacija in določitev bivalentne točke

Sodobne inverterske toplotne črpalke moč prilagajajo trenutnim potrebam (npr. od 2 kW do 8 kW). Kljub temu je ključno pravilno določiti t. i. bivalentno točko – to je zunanja temperatura, pri kateri toplotna črpalka s kompresorjem pokrije točno 100 % toplotnih izgub, pod to temperaturo pa ji začne pomagati integriran električni grelec.

V slovenski praksi se bivalentna točka običajno načrtuje med -5 °C in -8 °C. Ker so temperature pod -10 °C v večjem delu države prisotne le nekaj dni ali ur v letu, je ekonomsko popolnoma nesmiselno vgrajevati napravo, ki bi izključno s kompresorjem pokrivala ekstreme pri -18 °C brez pomoči grelcev. Pravilno dimenzionirana naprava z ustrezno bivalentno točko dosega najvišji sezonski izkoristek, hkrati pa izpolnjuje stroge tehnične pogoje za pridobitev nepovratnih sredstev Eko sklada.

Ekipa VARME na podlagi natančnih podatkov o objektu izvede strokoven izračun toplotnih izgub, svetuje pri izbiri optimalne konfiguracije ter poskrbi za celostno integracijo toplotne črpalke, talnega gretja in prezračevalnega sistema po vsej Sloveniji.