Dizalice topline

Osnovni dijelovi dizalice topline su isparivač, kompresor, kondenzator, ekspanzijski ventil, radna tvar, upravljačko-regulacijski sustav, sigurnosna oprema, osjetnici temperature i tlaka, elektroormar te, ovisno o izvedbi, hidraulički modul, cirkulacijske pumpe, ventilatori, spremnik inercije, spremnik potrošne tople vode i pomoćni električni ili drugi dogrijač.

Dizalica topline može raditi samo u režimu grijanja ili kao reverzibilna jedinica za grijanje i hlađenje. U reverzibilnoj izvedbi rashladni krug omogućuje promjenu smjera izmjene topline, pa uređaj zimi grije ogrjevnu vodu, a ljeti priprema rashladnu vodu za ventilokonvektore, klima komore, stropno hlađenje ili druge potrošače.

Kod projektiranja se dizalica topline ne odabire samo prema nazivnom toplinskom učinku, nego prema stvarnim projektnim uvjetima: temperaturi vanjskog zraka ili izvora, temperaturi polaza i povrata vode, potrebama za PTV-om, radnim satima, minimalnom opterećenju, buci, raspoloživom prostoru, hidrauličkoj shemi i sezonskoj učinkovitosti.
Dizalica topline zrak-voda

Dizalica topline zrak-voda koristi vanjski zrak kao izvor topline, a toplinu predaje vodi u sustavu grijanja. U grijanju vanjski izmjenjivač radi kao isparivač, pri čemu radna tvar preuzima toplinu iz okolnog zraka, dok unutarnji izmjenjivač predaje toplinu ogrjevnoj vodi. U režimu hlađenja, kod reverzibilne izvedbe, proces se obrće i uređaj priprema hladnu vodu za sustav hlađenja.

Ova izvedba je vrlo česta kod stambenih, poslovnih i manjih komercijalnih objekata jer ne zahtijeva bušotine, bunare, rashladni toranj ni stalni vodeni izvor. Prednosti su relativno jednostavna ugradnja, niži investicijski zahvati na strani izvora topline, mogućnost rada u monoblok ili split izvedbi te dobra primjenjivost kod niskotemperaturnih sustava kao što su podno grijanje, zidno grijanje, stropni paneli i ventilokonvektori.

Glavni nedostatak izvedbe zrak-voda je promjenjiva učinkovitost, jer toplinski učin i COP ovise o vanjskoj temperaturi zraka. Pri niskim vanjskim temperaturama smanjuje se raspoloživi toplinski učin, raste temperaturni lift kompresora, a na vanjskom izmjenjivaču može doći do stvaranja inja, zbog čega je potreban ciklus odleđivanja. Zato je kod odabira obavezno provjeriti učin pri projektnim zimskim uvjetima, primjerice A-7/W35, A-7/W45 ili A-7/W55, a ne samo nazivni učin pri blažim uvjetima.

MONOBLOK IZVEDBA ZRAK-VODA

Kod monoblok izvedbe cijeli rashladni krug nalazi se u jednoj tvornički zatvorenoj vanjskoj jedinici. Prema objektu se vodi voda ili smjesa vode i glikola. Prednost je što se na lokaciji najčešće ne izvode radovi na rashladnom krugu, ali je potrebno osigurati zaštitu od smrzavanja vodene instalacije, pravilnu izolaciju cjevovoda, minimalni protok i dovoljan volumen vode.

Monoblok izvedbe se danas često povezuju s radnim tvarima niskog GWP-a, posebno s R290 – propanom, jer se zapaljiva radna tvar nalazi u tvornički zatvorenoj vanjskoj jedinici, a prema unutrašnjosti objekta se ne vodi rashladni medij nego voda.

SPLIT IZVEDBA ZRAK-VODA

Kod split izvedbe sustav je podijeljen na vanjsku i unutarnju jedinicu povezanu rashladnim cjevovodom. Vanjska jedinica sadrži ventilator, izmjenjivač i često kompresor, dok unutarnja jedinica sadrži izmjenjivač prema vodi, hidrauličke elemente i regulaciju. Prednost split sustava je manji rizik smrzavanja vodene instalacije na otvorenom, ali izvedba zahtijeva ovlaštene radove na rashladnom krugu, kontrolu duljina i visinskih razlika rashladnih cijevi te usklađenost s pravilima za radnu tvar.

Za nove projekte u EU treba posebno obratiti pažnju na ograničenja iz Uredbe (EU) 2024/573 o fluoriranim stakleničkim plinovima, koja je stupila na snagu 11. ožujka 2024.

DIZALICE TOPLINE VODA-VODA

Dizalica topline voda-voda koristi vodeni izvor topline, primjerice podzemnu vodu, bunarsku vodu, površinsku vodu, tehnološku otpadnu vodu, kondenzatorski vodeni krug ili drugi raspoloživi vodeni izvor, te toplinu predaje ogrjevnoj vodi sustava grijanja. U užem smislu pojam voda-voda odnosi se na sustav u kojem je i izvorni i potrošački medij voda. Ako se kao izvor koristi zemljani kolektor ili geosonda sa smjesom vode i glikola, tehnički precizniji naziv je rasolina-voda ili zemlja-voda, iako se u praksi često svrstava u širu skupinu vodenih/geotermalnih dizalica topline.

Prednost izvedbe voda-voda je stabilnija temperatura izvora topline u odnosu na vanjski zrak. Zbog toga dizalice topline voda-voda u pravilu postižu višu učinkovitost, stabilniji toplinski učin i manji pad kapaciteta pri zimskim uvjetima. Posebno su prikladne za veće objekte, hotele, bolnice, javne zgrade, industrijske pogone, objekte s cjelogodišnjom potrebom za grijanjem i hlađenjem te sustave s povratom otpadne topline.

Kod ovakvih sustava ključna je provjera izvora topline. Potrebno je analizirati raspoloživi protok, temperaturu vode, kemijski sastav, mogućnost taloženja kamenca, pijeska, željeza, mangana, biološkog onečišćenja, dopušteni način crpljenja i ispuštanja te uvjete filtracije. Kod sustava s podzemnom vodom obavezno je provjeriti hidrogeološke uvjete, vodopravne zahtjeve i utjecaj povratne vode na okoliš.

Dizalice topline voda-voda najčešće se ugrađuju u strojarnicu. Rashladni krug je tvornički zatvoren unutar uređaja, a prema instalaciji se vode dva hidraulička kruga: izvorni krug i potrošački krug. Izvorni krug može biti otvoreni bunarski sustav, zatvoreni vodeni/rasolinski krug ili procesni krug. Potrošački krug je sustav ogrjevne vode za podno grijanje, radijatore, ventilokonvektore, klima komore, spremnik PTV-a ili tehnološke potrošače.

U reverzibilnoj izvedbi dizalica topline voda-voda može služiti i za hlađenje. Kod određenih izvora moguće je ostvariti i vrlo učinkovito pasivno hlađenje ili free cooling, osobito kod geotermalnih i bunarskih sustava, gdje se hladnoća izvora koristi uz minimalan rad kompresora ili bez rada kompresora, ovisno o izvedbi sustava.

TIPOVI KOMPRESORA

Scroll kompresori

Scroll kompresori su najčešći izbor kod malih i srednjih dizalica topline zrak-voda i voda-voda. Kompaktni su, imaju relativno malo pokretnih dijelova, dobru učinkovitost pri djelomičnom opterećenju i povoljne akustičke karakteristike. U modernim uređajima često se koriste inverter scroll kompresori ili više scroll kompresora u kaskadi, čime se omogućuje bolja modulacija učina.

Scroll kompresori su pogodni za stambene, poslovne i komercijalne sustave, osobito kod niskotemperaturnog i srednjetemperaturnog grijanja. Kod izvedbi za višu temperaturu polaza mogu se koristiti kompresori s ubrizgavanjem pare, poznati kao EVI – enhanced vapour injection, čime se povećava radno područje i omogućuje viša temperatura vode pri niskim temperaturama izvora.

Rotacijski i twin-rotary kompresori

Rotacijski, odnosno twin-rotary kompresori, česti su kod manjih i srednjih zrak-voda dizalica topline, osobito u inverter izvedbama. Karakterizira ih dobra modulacija učina, kompaktna konstrukcija i prikladnost za serijsku proizvodnju manjih monoblok i split jedinica. Često se koriste s radnim tvarima kao što su R32 i R290, ovisno o konstrukciji uređaja.

Vijčani kompresori

Vijčani kompresori koriste se kod većih dizalica topline voda-voda, industrijskih dizalica topline i sustava s većim toplinskim učincima. Pogodni su za kontinuirani rad, veće protoke i veće temperaturne razlike. Regulacija učina može biti izvedena kliznim ventilom, frekvencijskim pretvaračem ili kombinacijom više kompresora.

Vijčani kompresori su česti kod centralnih energetskih sustava, hotela, bolnica, industrijskih procesa, sustava daljinskog grijanja, visokotemperaturnih dizalica topline i primjena u kojima je važna pouzdanost pri velikom broju radnih sati.

Klipni kompresori

Klipni kompresori danas su rjeđi u standardnim komfornim dizalicama topline, ali se i dalje koriste u određenim industrijskim i visokotemperaturnim aplikacijama. Prednost im je robusnost i mogućnost rada pri većim omjerima tlakova, dok su nedostaci veći broj pokretnih dijelova, veće vibracije i veći zahtjevi za održavanjem.

Centrifugalni i turbo kompresori

Centrifugalni ili turbo kompresori koriste se kod većih voda-voda sustava i centralnih dizalica topline većih učina. U izvedbi s magnetskim ležajevima i bezuljnim radom mogu postići vrlo dobru učinkovitost pri djelomičnom opterećenju. Takvi sustavi zahtijevaju pažljiv odabir radne točke, minimalnog opterećenja, temperaturnog režima i zaštite od nestabilnog rada kompresora.

RADNE TVARI

Radna tvar odabire se prema toplinskom učinu, temperaturnom režimu, sigurnosnoj klasifikaciji, GWP vrijednosti, dostupnosti opreme, lokaciji ugradnje, servisnoj strategiji i regulatornim ograničenjima. Europska komisija naglašava da ne postoji jedna univerzalna zamjena za HFC radne tvari, jer se prikladnost alternative mora razmatrati prema vrsti opreme, termodinamičkim svojstvima, sigurnosti i lokaciji primjene.

Sigurnosna klasifikacija radnih tvari temelji se na toksičnosti i zapaljivosti.
Oznaka A1 znači nižu toksičnost i bez širenja plamena, A2L nižu toksičnost i blagu zapaljivost, A3 nižu toksičnost i visoku zapaljivost, dok B2L označava višu toksičnost i blagu zapaljivost.