Termodinamski krožni proces, ki ga uporabljamo za ogrevanje s toplotnimi črpalkami je poznan in dokaj izpopolnjen že od 30. let prejšnjega stoletja. V Sloveniji ga v vsakdanjem življenju srečujemo že dolgo predvsem pri hladilnikih, kasneje so se pojavile klimatske naprave ter nekako istočasno tudi toplotne črpalke za ogrevanje sanitarne vode.

 

Toplotna črpalka deluje po čisto enostavnih fizikalnih zakonih. Toplota, ki je energija, prehaja samo iz telesa oz. medija, ki ima višjo temperaturo na telo oz. medij, ki ima nižjo temperaturo.

Kako se lahko potem grejemo z zrakom ali vodo, ki je hladnejša od našega bivalnega prostora? Poznati je potrebno še plinski zakon, ki pravi, da če pline stiskamo, se jim zviša temperatura, če pa plin ekspandira, (če ga spustimo iz jeklenke se zelo ohladi).

V tem primeru plin stisnemo in odda toploto vodi v radiatorjih pri npr. T=55 °C, nato mu znižamo tlak, (ekspandiramo) (ponavadi se spremeni agregatno stanje, kar pomeni veliko energijsko spremembo), temperatura plina, oziroma sedaj je to kapljevina, je sedaj nižja kot temperatura zunanjega zraka, se pravi da toplota prehaja od zunanjega zraka na plin (kapljevino), ki se upari in ogreje ter proces se ponovi.

Glavni sestavni deli toplotne črpalke so kompresor, ki plin stiska ter se ogreje, ekspanzijski ventil, kjer plin ekspandira in se ohladi ter dva toplotna izmenjevalca, uparjalnik, ki je na "hladni strani" in kondenzator, ki je na "topli strani".

 

 

Image

Shema delovanja toplotne črpalke

Image

Toplotna črpalka zrak-voda dobi toploto iz zraka

Image

Toplotna črpalka zemlja voda dobi toploto iz tal- horizontalnega zemeljskega kolektorja ali vertikalne sonde