Sašo Jeseničnik - CORE · 2018. 8. 24. · III Sklep o diplomskem delu 1. Sašo Jeseničnik, študent visokošolskega strokovnega študijskega programa Elektrotehnika, smer Avtomatika,

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO RAČUNALNIŠTVO IN

INFORMATIKO

Sašo Jeseničnik

Sodobni ogrevalni sistemi

Diplomska naloga

Maribor, Februar 2008

II

Diplomska naloga visokošolskega strokovnega programa


Študent: Sašo Jeseničnik

Študijski program: visokošolski, Elektrotehnika

Smer: Avtomatika

Mentor: izr. prof. dr. Boris Tovornik

Maribor, Februar 2008

UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO, RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO 2000 Maribor, Smetanova ul. 17

III

Sklep o diplomskem delu

1. Sašo Jeseničnik, študent visokošolskega strokovnega študijskega programa

Elektrotehnika, smer Avtomatika, izpolnjuje pogoje, zato se mu dovoljuje izdelati

diplomsko delo.

2. Tema diplomskega dela je s področja Inštituta za avtomatiko pri predmetu

AVTOMATIZACIJA PROCESNIH OBRATOV.

MENTOR: izr. prof. dr. Boris Tovornik

3. Naslov diplomskega dela

SODOBNI OGREVALNI SISTEMI IN NJIHOVA UPORABA

4. Vsebina diplomskega dela

V okviru diplomske naloge prikažite koncepte ogrevanja in vlogo regulacij pri

doseženih prihrankih porabe energije. S pomočjo simulacij preizkusite razne vrste

regulatorjev pri segrevanju prostorov z uporabo toplotne črpalke, vrtin in klasičnih

načinov ogrevanja. Podajte primerjavo rezultatov in oceno, ki naj sluzi kot napotek pri

zasnovi sistema ogrevanja.

5. Diplomsko delo je potrebno izdelati skladno z "Navodili za izdelavo diplomskega dela" in ga oddati v treh izvodih do 30.11. 2008 v referatu za študentske zadeve.

PREDSTOJNIK INŠTITUTA DEKAN

izr. prof. dr. Boris Tovornik red. prof. dr. Igor Tičar

MENTOR

izr. prof. dr. Boris Tovornik

Številka: E.0699

Datum: 30.11. 2007

FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO, RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO 2000 Maribor, Smetanova ul. 17

UNIVERZA V MARIBORU

IV

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju dr. Borisu

Tovorniku za pomoč in vodenje pri

opravljanju diplomske naloge. Prav tako

se zahvaljujem gospodu Božidarju

Bratini za koristne napotke pri izdelavi

simulacije ogrevanja.

V


Ključne besede: ogrevanje, grelne naprave, regulatorji ogrevanja, krmiljenje

UDK: 681.51:681.5.017 (043.2)

Povzetek:

Sodobni ogrevalni sistemi temeljijo predvsem na dobrem izkoristku ogrevanja in čim

manjšem onesnaževanju okolja. Cene kuriv se v zadnjem času drastično zvišujejo, zato še

posebej težimo k varčevanju energije. Sodobni ogrevalni krog ter sodobni regulator

ogrevanja v kombinaciji s toplotnimi črpalkami in vrtinami, k varčevanju energije veliko

pripomore, poleg tega pa se nam investicija, katera je na začetku nekoliko večja, povrne že

v nekaj letih. Varčevanje z energijo pa ni odvisno od samega ogrevalnega sistema, ampak

tudi od nas uporabnikov. Diplomska naloga tako opisuje različne ogrevalne sisteme in

podaja rešitve za čim boljše zmanjšanje stroškov ogrevanja in onesnaževanja okolja.

VI

Modern heating systems

Key words: heating, heating systems, heating regulators, feeding

UDK: 681.51:681.5.017 (043.2)

Abstract:

Modern heating systems base particularly on a good profit and fewer environment

contaminations. The heating material prices rise drastically, that is why we are forced to

save the energy. The modern heater circle and the modern heating regulation in the

combination with heat pumps and drillings, help us to save a lot of energy. Because of that

the investment, which costs more at the beginning, returns itself in some years. To save

energy doesn’t depend actually only on the heating system, but on us, users. The diploma

work describes different heating systems and give’s solutions, how one reduces heating

costs and environment contamination.

VII

KAZALO VSEBINE

1. UVOD ....................................................................................................................................................... 1

2. KONCEPT SODOBNIH OGREVALNIH SISTEMOV ............................................................................ 3

2.1. Peči za centralno ogrevanje ........................................................................................................................ 6

2.1.1. Visokotemperaturni kotli ............................................................................................................... 6

2.1.2. Nizkotemperaturni kotli ................................................................................................................. 7

2.1.3. Vrste kotlov in kuriv ...................................................................................................................... 9

2.1.4. Izkoristek kotlov .......................................................................................................................... 12

2.2. Ogrevalni krog.......................................................................................................................................... 13

2.2.1. Direktni ogrevalni krog ................................................................................................................ 14

2.2.2. Mešalni ogrevalni krog ................................................................................................................ 14

2.2.3. Komponente ogrevalnega kroga .................................................................................................. 15

2.3. Vrste ogrevalnih teles ............................................................................................................................... 17

2.3.1. Radiatorsko ogrevanje ................................................................................................................. 18

2.3.2. Stensko ogrevanje ........................................................................................................................ 19

2.3.3. Talno ogrevanje ........................................................................................................................... 23

2.4. Pomožni ogrevalni sistemi ....................................................................................................................... 29

2.4.1. Ogrevanje s sončno energijo ........................................................................................................ 30

2.4.2. Ogrevanje z geotermalno energijo ............................................................................................... 32

2.5. Regulacija ogrevanja ................................................................................................................................ 39

2.5.1. Vrste regulacije ............................................................................................................................ 40

2.5.2. Elementi regulacije in njihova postavitev .................................................................................... 44

2.6. Vrste regulatorjev in pomožnih elementov .............................................................................................. 45

2.6.1. Kotlovni regulator ........................................................................................................................ 45

2.6.2. Zvezni regulatorji......................................................................................................................... 46

2.6.3. Diferenčni regulatorji ................................................................................................................... 48

2.6.4. Sobni termostati ........................................................................................................................... 49

2.6.5. Ventilski motorni pogoni in tipala ............................................................................................... 50

3. VREDNOTENJE OGREVANJA STANOVANJSKEGA OBJEKTA NA PODLAGI SIMULACIJE ........................................................................................................................ 53

3.1. Dinamični model stanovanjskega objekta ................................................................................................ 53

3.2. Simulacija stanovanjskega objekta ........................................................................................................... 57

4. SKLEP ..................................................................................................................................................... 66

5. LITERATURA ......................................................................................................................................... 68

6. PRILOGE ................................................................................................................................................. 69

VIII

KAZALO SLIK Slika 1: Toplarna Te-Tol ..................................................................................................................................... 3 Slika 2: Sončni kolektor ...................................................................................................................................... 4 Slika 3: Geosonda .............................................................................................................................................. 5 Slika 4: Potek temperature v odvisnosti od globine ........................................................................................... 5 Slika 5: Mešalni ventil ........................................................................................................................................ 7 Slika 6: Presek komore kurišča nizkotemperaturnega kotla .............................................................................. 7 Slika 7: Kondenzacijski kotel .............................................................................................................................. 8 Slika 8: Polena, lesni sekanci in peleti ................................................................................................................ 9 Slika 9: Kotel na sekance ................................................................................................................................. 10 Slika 10: Direktni ogrevalni krog ...................................................................................................................... 14 Slika 11: Mešalni ogrevalni krog ...................................................................................................................... 15 Slika 12: Tropotni in štiripotni mešalni ventil .................................................................................................. 16 Slika 13: Raztezna posoda ............................................................................................................................... 17 Slika 14: Estetsko oblikovan sodobni radiator ................................................................................................. 19 Slika 15: Stensko ogrevanje, podzidane letve .................................................................................................. 20 Slika 16: Suhomontažni sistem stenskega ogrevanja ...................................................................................... 21 Slika 17: Talno ogrevanje................................................................................................................................. 23 Slika 18: Temperaturni profili ploskovnih sistemov ogrevanj .......................................................................... 24 Slika 19: Graf specifične toplotne oddaje talno ogrevane površine v odvisnosti od površinske temperature tal (pri temperaturi zraka v prostoru 20°C) .......................................................................................................... 26 Slika 20: Primer varovanja sistema talnega ogrevanja pred previsoko temperaturo s tropotnim mešalnim ventilom ........................................................................................................................................................... 28 Slika 21: Solarni sistem ogrevanja ................................................................................................................... 32 Slika 22: Princip delovanja toplote črpalke ...................................................................................................... 33 Slika 23: Zemeljski kolektor v kombinaciji s toplotno črpalko .......................................................................... 35 Slika 24: Shematski prikaz koriščenja podtalnice kot toplotnega vira ............................................................. 38 Slika 25: Regulacija dovoda v odvisnosti od temperature v prostoru .............................................................. 41 Slika 26: Regulacija dovoda v odvisnosti od temperature zraka okolice ......................................................... 42 Slika 27: Ogrevalna krivulja ............................................................................................................................. 43 Slika 28: Kotlovni regulator HK10 .................................................................................................................... 45 Slika 29: Kotlovni regulator TK20..................................................................................................................... 46 Slika 30: Teramatik D10, D20 .......................................................................................................................... 47 Slika 31: Diferenčni regulator ND1 .................................................................................................................. 48 Slika 32: Sobni termostat ST1 .......................................................................................................................... 49 Slika 33: Motorni pogon .................................................................................................................................. 51 Slika 34: Kotlovno tipalo .................................................................................................................................. 51 Slika 35: Naležno tipalo ................................................................................................................................... 52 Slika 36: Zunanje tipalo ................................................................................................................................... 52 Slika 37: Blokovna shema stanovanjskega objekta ......................................................................................... 57 Slika 38: Grafični prikaz temperatur in stroškov .............................................................................................. 58 Slika 39: Grafični prikaz temperatur in stroškov v pozno jesenskem in zgodnje spomladanskem obdobju .... 60 Slika 40: Grafični prikaz temperatur in stroškov v zimskem obdobju .............................................................. 61 Slika 41: Graf ogrevanja stanovanjskega objekta brez izolacije v zgodnje jesenskem obdobju ...................... 62 Slika 42: Grafični prikaz temperatur in stroškov v zgodnje jesenskem obdobju brez regulacije ogrevanja .... 63 Slika 43: Ogrevanje s pomočjo toplotne črpalke.............................................................................................. 64 Slika 44: Graf stroškov ogrevanja za nizkotemperaturni ogrevalni sistem s toplotno črpalko ........................ 65 Slika 45: Graf stroškov ogrevanja za visokotemperaturni ogrevalni sistem brez toplotne črpalke ................. 65 Slika 46: Model radiatorja v simulinku ............................................................................................................ 69 Slika 47: Model hiše v simulinku ..................................................................................................................... 69 Slika 48: Hidravlična shema ogrevalnega sistema .......................................................................................... 70

file:///C:\Documents%20and%20Settings\Sa�o\Desktop\Diploma%20moja\Diplomska%20naloga.docx%23_Toc189128393file:///C:\Documents%20and%20Settings\Sa�o\Desktop\Diploma%20moja\Diplomska%20naloga.docx%23_Toc189128394file:///C:\Documents%20and%20Settings\Sa�o\Desktop\Diploma%20moja\Diplomska%20naloga.docx%23_Toc189128407file:///C:\Documents%20and%20Settings\Sa�o\Desktop\Diploma%20moja\Diplomska%20naloga.docx%23_Toc189128409file:///C:\Documents%20and%20Settings\Sa�o\Desktop\Diploma%20moja\Diplomska%20naloga.docx%23_Toc189128410file:///C:\Documents%20and%20Settings\Sa�o\Desktop\Diploma%20moja\Diplomska%20naloga.docx%23_Toc189128411file:///C:\Documents%20and%20Settings\Sa�o\Desktop\Diploma%20moja\Diplomska%20naloga.docx%23_Toc189128413file:///C:\Documents%20and%20Settings\Sa�o\Desktop\Diploma%20moja\Diplomska%20naloga.docx%23_Toc189128415file:///C:\Documents%20and%20Settings\Sa�o\Desktop\Diploma%20moja\Diplomska%20naloga.docx%23_Toc189128416file:///C:\Documents%20and%20Settings\Sa�o\Desktop\Diploma%20moja\Diplomska%20naloga.docx%23_Toc189128417

IX

KAZALO TABEL

Tabela 1: Grelni register brez izolacijske plošče .............................................................................................. 22 Tabela 2: Grelni register z izolacijsko ploščo ................................................................................................... 22 Tabela 3: Povprečni odvzem toplote zemlje .................................................................................................... 35

S a š o J e s e n i č n i k , D i p l o m s k o d e l o S t r a n | 1

1. UVOD

Vsak od nas si želi prijeten dom za bivanje, kateri nas v mrzlih zimskih mesecih greje,

v vročih poletnih dneh pa hladi. Na takšen način so razmišljali že stari Rimljani, kateri so

znani med drugim tudi po tem, da so v svojih stanovanjih že imeli vgrajeno centralno

ogrevanje. Bakrenih oziroma železnih cevi takrat še niso poznali, zato so vročo vodo iz

peči namesto po ceveh dovajali po posebnih lončenih kanalih, kateri so bili vgrajeni v tleh.

Sodobno talno ogrevanje se je pričelo uporabljati po letu 1930 in sicer v Franciji, vendar z

zadržki zaradi dvoma v kakovost takrat uporabljenih jeklenih cevi. Danes si

stanovanjskega objekta brez centralnega ogrevanja, bodisi radiatorskega, bodisi talnega

oziroma stenskega, ne moremo predstavljati. Vendar v zadnjem času zaradi naraščanja cen,

predvsem fosilnih kuriv, predstavlja ogrevanje dobršen del proračuna uporabnika. Tako

danes težimo h kakovostnejšemu ogrevalnemu sistemu, kateri bo privarčeval energijo in ob

enem ščitil okolje. K temu veliko pripomorejo sodobni ogrevalni sistemi z visokim

izkoristkom in pa predvsem uporabnik sam.

Omenili smo, da lahko strošek ogrevanja in onesnaževanje zmanjšamo s primernim

ogrevalnim sistemom in regulacijo le tega. To dejstvo pravzaprav do neke mere drži,

vendar je treba poudariti, da je varčevanje z energijo v veliki meri odvisno tudi od same

izolacije objekta. Objekti z dobro izolacijo bodo dlje časa zadržali želeno temperaturo, s

tem pa se bo posledično zmanjšala intenzivnost ogrevanja in prav tako izpust dimnih

plinov. To velja predvsem za fosilna kuriva kot so kurilno olje, zemeljski plin, les, lesna

biomasa, premog in ostala kuriva. Po drugi strani pa je lahko hiša oziroma objekt dobro

izoliran, vendar ima zastarel ogrevalni sistem kateri ravno nima najboljšega izkoristka.

Zato je treba uskladiti oba problema. Za višje stroške ogrevanja pa smo v veliki meri krivi

uporabniki. Temperatura pri kateri se človek najbolje počuti je med 21 °C in 22 °C. V

veliki meri pa se je izkazalo, da večina omenjeno temperaturo presega, čeprav se pri

zmanjšani temperaturi, vsaj za 1 °C ne bi nič slabše počutili. Z zmanjšanjem temperature

prostora za 1 °C prihranimo 5% do 10% energije, kar pa se v proračunu precej pozna.


Diplomska naloga tako temelji na rešitvah za varčnejše ogrevanje in zmanjšanje

onesnaževanja okolja, kot smo že nakazali v tem poglavju. V drugem poglavju pa bomo

prikazali načine ogrevanja, vrste kuriv, možnosti regulacije in skratka vse kar spada k

ogrevalnemu sistemu, kateri naj bi bil čim bolj varčen. Prav tako bomo primerjali

posamezne ogrevalne sisteme med seboj ter podali oceno izkoristka.

V tretjem poglavju bomo prikazali simulacijo ogrevanja stanovanjskega objekta.

Simulacija je narejena s programskim paketom Matlab Simulink. V simulaciji bomo

prikazali ogrevanje pri različnih ogrevalnih sistemih, pri različnih izolacijah

stanovanjskega objekta in tako dalje. Na koncu bomo rezultate primerjali med sabo ter

prav tako podali oceno izkoristka.


2. KONCEPT SODOBNIH OGREVALNIH SISTEMOV

V uvodu smo omenili probleme in nekatere rešitve, ki se nanašajo na višje stroške

ogrevanja in onesnaževanje okolja. V tem poglavju pa bomo predstavili vrste ogrevalnih in

grelnih sistemov, ter podali oceno izkoristka in poskušali z mnenjem rešiti omenjeno

problematiko.

Ena od rešitev za nižje stroške ogrevanja so urbana središča, kjer se v bližini nahaja

objekt, kateri višek toplotne energije izkorišča za ogrevanje okoliških stavb. Za ogrevanje

torej uporabljamo tako imenovano daljinsko toploto, oziroma koristimo daljinsko

ogrevanje. To pomeni, da se toplota iz centra prenaša do uporabnikov po cevnem omrežju.

Takšen način ogrevanja je za uporabnika cenovno nižji, energetski izkoristki kuriv pa so

dosti višji, sploh če gre na primer za toplarno, katera potrebuje za svoje obratovanje visoke

temperature, porabljene energije pa ne vrže stran, ampak jo porabi za ogrevanje

stanovanjskih in drugih objektov. Primer daljinskega ogrevanja je toplarna podjetja Te-Tol

iz Ljubljane, ki jo vidimo na sliki 1. Na desni je vidna ogromna posoda s toplo vodo, torej

gre za hranilnik toplote, s katero oskrbujejo uporabnike. Slaba stran tega je, da takšno

ogrevanje ni možno povsod ampak le v urbanih središčih, kjer objekti, kot je na primer

toplarna, tudi obstajajo.

Slika 1: Toplarna Te-Tol

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/sl/1/18/TE-TOLjubljana_cor.jpg


Povsod tam, kjer omenjen način ogrevanja ni možen pa se lahko poslužujemo

ogrevanja na sončno energijo. Začetna investicija je nekoliko večja, saj sončni kolektor

(slika 2) stane od 250 € naprej, vendar se investiran denar že v nekaj letih povrne. Za

ogrevanje objekta potrebujemo več sončnih kolektorjev, saj lahko z enim kolektorjem

segrejemo le do 100 litrov vode, poleg tega pa se mora objekt nahajati na optimalni sončni

legi, da se investicija v kolektorje sploh povrne. Najbolj optimalen način ogrevanja objekta

je kombinacija sončnih kolektorjev in toplotne črpalke. Značilno za oba ogrevalna principa

so nizki obratovalni stroški, ki v razmeroma kratkem času s prihranki glede na ogrevanje s

fosilnimi gorivi povrnejo stroške nakupa. V objektu se poslužujemo navadno stenskega

ogrevanja v kombinaciji s talnim, saj ima veliko prednosti pred radiatorskim ogrevanjem,

katere pa bom podrobneje opisal v naslednjih poglavjih.

Slika 2: Sončni kolektor

V zadnjem času pa se je razširil tudi geotermalni način ogrevanja. Toploto, ki je

shranjena v zemeljski notranjosti lahko izkoriščamo na več načinov. Sistem izrabe

geotermalne energije z geosondo (slika 3) tvorita vrtina z vstavljeno geosondo in toplotna

črpalka. Geosonde so torej vertikalni zemeljski kolektorji, kateri se uporabljajo za odvzem

toplote kameninam in so nameščeni nekje do globine med 30 in 150 m, z odvzeto toploto

pa pomagajo segrevati objekt.


Slika 3: Geosonda

Tako za toplotno moč okrog 8 kW potrebujemo vrtino s sondo dolžine 80 do 120 m ali

ustrezno število krajših vrtin v odvisnosti od vrste hribine. Vrtine pa bomo prav tako

podrobneje pregledali v naslednjih poglavjih. Z omenjenimi sistemi je mogoče privarčevati

precej energije in zaščititi okolje, katero je vse bolj onesnaženo, kar je razvidno tudi iz

povečanja naravnih katastrof.

Slika 4: Potek temperature v odvisnosti od globine


2.1. Peči za centralno ogrevanje

Poleg peči v kuhinjah so bili kamini v stari časih najbolj tradicionalen način ogrevanja.

Danes se ta »moda« zopet vrača, vendar je njihov poudarek bolj na krašenju sob. Vseeno

pa lahko z optimalno postavitvijo ogrevajo več sob, sploh v prehodnih obdobjih, ko je od

zunaj še relativno toplo. Sodobni kamin je znan po dobrem izkoristku in je omejen na

določeno površino. Uporabni so tudi kot vir ogrevalne energije za segrevanje sanitarne

vode, nekateri služijo celo kot peči centralnega ogrevanja, vendar za ogrevanje večjih

prostorov niso priporočljivi. Za ogrevanje stanovanj oziroma ostalih objektov uporabljamo

peči oziroma kotle, katere v osnovi razdelimo na visokotemperaturne in nizko

temperaturne. Glede na vrsto kuriva pa jih delimo na:

kotle na trdo kurivo,

oljne in plinske kotle,

električne kotle.

2.1.1. Visokotemperaturni kotli

Klasični visokotemperaturni kotli obratujejo v visokotemperaturnih ogrevalnih režimih s

temperaturo pretoka 90 °C in povratka 70 °C. Tako visoka temperatura vode v kotlu in

dimnih plinov preprečuje nizkotemperaturno korozijo do katere pride, če se dimni plini

ohladijo pod točko rosišča. Problem nastane v prehodnem obdobju, ko je zunanja

temperatura čez dan relativno visoka in ni potrebe po tako intenzivnem ogrevanju. Pri

nižjih temperaturah povratne vode iz ogrevalnega sistema so površine kotla izpostavljene

ohlajanju, zato na njih kondenzira vlaga iz dimnih plinov in jih tako čez čas poškoduje.

Delna rešitev je mešalni ventil, ki glede na dejanske potrebe ogrevalnega sistema uravnava

temperaturo dovoda tako, da mu primešava ohlajeno vodo iz povratka (slika 5).

Visokotemperaturni kotli se zaradi omenjenega problema in slabega izkoristka vse bolj

opuščajo, zamenjujejo pa jih nizkotemperaturni kotli, kateri niso izpostavljeni nevarnostim

kondenzacije pri nižjih obratovalnih temperaturah.


Slika 5: Mešalni ventil

2.1.2. Nizkotemperaturni kotli

Nizkotemperaturni kotli so navadno litoželezni ali iz litin odpornih proti rjavenju.

Narejeni so tako, da se temperatura ogrevalnega medija giblje med 40 °C in 75 °C. Kotli

tako lahko delujejo brez mešalnega ventila. Z vgradnjo ustrezne regulacije temperaturo

ogrevane vode prilagajajo potrebam ogrevalnega sistema. Prednost teh kotlov so višji

energetski izkoristki v prehodnem obdobju. Kurišče nizkotemperaturnega kotla je

sestavljeno iz korozijsko odpornih materialov ali pa so zaradi posebne konstrukcijske

izvedbe zaščiteni pred korozijo. Konstrukcija kurišča klasičnega kotla je takšna, da je

ogrevana voda v neposrednem stiku z vročimi stenami kurišča. Kadar je bila temperatura

ogrevalne vode nizka, na primer ob zagonu, je trajalo precej časa, da so se površine kurišča

primerno ogrele, saj je toplota intenzivno prehajala na vodo. Zgorevalne komore (slika 6)

nizkotemperaturnih kotlov imajo dvojno steno, katere vmesni prostor je oblikovan v obliki

kovinskih reber.

Slika 6: Presek komore kurišča nizkotemperaturnega kotla


Vroči dimni plini takoj segrejejo notranjo steno in toplota se odvaja preko reber in

prevaja na zunanjo steno ter na vodo. Če na stenah med rebri pride do kondenzacije, zaradi

prenizke temperature, bo vlaga hitro izparela.

Poznamo še kondenzacijske kotle (Slika 7), ki poleg toplote dimnih plinov izrabljajo

tudi del toplote, ki se pri zgorevanju kuriva spremeni v kondenzacijsko toploto vodne pare.

Kondenzacijski kotli delujejo podobno kot nizkotemperaturni z drsečo regulacijo

temperature ogrevalne vode v odvisnosti od zunanje temperature. Iz kurišča izpuščamo

dimne pline pri nizkotemperaturnih izvedbah kotlov, kateri imajo temperaturo nad

rosiščem vlage. Tako bomo zagotovili zadosten vlek in kondenzirajoča vodna para ne bo

poškodovala dimnika. Pri kondenzacijskih kurilnih napravah pridobimo s kondenzacijo

vodne pare v dimnih plinih tudi del toplote, ki je do sedaj neizkoriščena odhajala skozi

dimnik v okolico. V osnovi je torej kondenzacijski kotel povsem podoben klasičnemu, ki

ima na izhodu v dimnik vgrajen dodatni toplotni izmenjevalnik. Kondenzacijskega kotla ne

smemo priključiti na obstoječi dimnik, kajti dimne pline močno ohlajamo, zato moramo

upoštevati določene zahteve glede materialov iz katerih so narejene dimne tuljave saj

kondenzat vsebuje različne kisline, ki so obenem škodljive tudi za okolje. Materiali dimnih

tuljav morajo biti korozijsko odporni na agresivni kondenzat.

Slika 7: Kondenzacijski kotel


2.1.3. Vrste kotlov in kuriv

V osnovi ločimo kuriva na trda, tekoča in plinasta. Pod trda kuriva spada lesna

biomasa, pod tekoča kuriva štejemo kurilno olje, pod plinasta pa zemeljski plin. Glede na

vrsto kuriva pa ločimo prav tako peči za centralno ogrevanje.

Slika 8: Polena, lesni sekanci in peleti

Najbolj tradicionalna je peč na polena. Marsikatero gospodinjstvo uporablja sodobne

peči na polena, ki z dodatnim vpihavanjem zraka omogočajo veliko boljše izkoristke

oziroma izgorevanje, sistem avtomatskega »padanja« polen v kurišče pa omogoča

celodnevno avtonomijo delovanja. Za sodobne peči je značilno, da omogočajo popolno

izgorevanje lesa tudi pri nižjih obremenitvah. To so dosegli z ločitvijo izgorevalnega

prostora na primarnega in sekundarnega. V primarnem poteka sušenje in uplinjanje lesa, v

sekundarnem pa izgorevajo nastali lesni plini. S tem se zniža onesnaženje in doseže

izkoristek 90% in več. Za prisilno dovajanje zraka skrbi ventilator. Dovajanje svežega

zraka v kurišče je elektronsko uravnavano, kar zagotavlja optimalno zgorevanje. Dodatno

izboljšavo dosežemo, če k peči priključimo hranilnik toplote. Dodatna avtomatika v

hranilnik toplote preusmerja višek toplote, katero pa iz njega črpamo v času, ko v peči ne

gori več. Pri takšnem sistemu običajno zadostuje nalaganje drv v peč enkrat na dan. Polena

se v kotlih uporabljajo v dolžinah 30, 50, 100 ali celo 120 cm. Za doseganje dobre

kakovosti je potrebno dve letno skladiščenje v suhem prostoru, s čimer znižamo vsebnost

vode pod 20%.

Naslednji podoben primer kuriva na lesno biomaso so sekanci. Da bi dosegli boljše

oziroma hitrejše uplinjanje lesa, se les zmelje na velikost lesnih sekancev. To tudi

omogoča, da se prek polžev ali hidravličnih sistemov les avtomatsko transportira v kurišče


(slika 9). Za uravnavanje transporta skrbi elektronika. Le na vsakih nekaj tednov je

potrebno napolniti skladišče. Elektronika skrbi, da se proces kurjenja dogaja glede na to,

kakšna je zunanja temperatura in kakšno temperaturo želimo imeti v prostorih. Skoraj vse,

vključno s čiščenjem kotla, lahko poteka avtomatično. Le polnjenje zalogovnika in

odstranjevanje pepela, ki ga je potrebno odstraniti vsakih nekaj tednov, zahteva ročno delo.

Iz skladišča se lesni sekanci s pomočjo zbirne naprave ter dozirnega polža dovajajo v kotel.

Kotlovska naprava je opremljena tudi z varnostnim sistemom, ki preprečuje gorenje nazaj

v smeri zalogovnika za sekance. Z neprekinjenim dovodom kuriva in nadzorovanim

dotokom zraka se trajno zagotovi odličen izkoristek in prilagajanje procesa zgorevanja

dejanskim potrebam po toploti. Najnovejši sistemi delujejo z elektronsko regulacijo, ki

nadzoruje tako zgorevanje, kakor tudi razdelitev toplote. Dodatna oprema, ki omogoča

samodejne postopke za vžig, čiščenje toplotnega prenosnika in iznos pepela, postaja na

sedanjem stanju razvoja že standard.

Slika 9: Kotel na sekance

Naslednja varianta kuriva so lesni peleti, ki omogočajo podoben način ogrevanja kot

sekanci. Lesni peleti so stiskanci, narejeni iz čistih lesnih drobcev in ostankov kot so

žagovina ali oblanci, ki nastajajo pri mehanski obdelavi lesa. To pomeni, da z uporabo

peletov zaščitimo naše naravno bogastvo. Ne vsebujejo nobenih okolju neprijaznih

primesi, ki bi povečevale emisije. Pri izdelavi lesnih sekancev se uporablja visok tlak in

L EGENDA:

1. Dozirni polž

2. Ureditev za gašenje

3 Celična zapora

4. Polž gorilnika

5. Puhalnik za vžig lesne mase

6. Puhalnik sekundarnega zraka

7. Puhalnik primarnega zraka

8. Ohišje gorilnika s kanalom za primarni zrak

9. Vhod za sekundarni zrak

10. Polž za praznjenje pepela

11. Obloga iz ognje vzdržnega betona

12. Nadzorovanje ognja

13. Termo element za nadzor temperature

14. Tri-vlečni toplotni kotel

15. Posoda za avtomatsko odpepeljevanje kotla

16. Odpraševalec

17. Ventilator dimnih plinov

18. Cev za dimne pline, ki vodi do dimnika

19. Krmilna omarica

20. Posoda za pepel


para, za izboljšanje mehanske trdnosti pa se jim lahko doda še od 1% do 3% krompirjevega

ali koruznega škroba. Po obliki je lesni pelet majhen cilinder s premerom 6 mm in dolžine

od 0,5 do 5 cm. Lesni peleti imajo zaradi večje gostote tudi višjo kurilno vrednost od 3,5

do 4,9 . Značilnost peletov je tudi ta, da vsebujejo zelo malo preostalega pepela,

nekje do 0,5% suhe snovi, kar pomeni, da se prostor za pepel čisti le enkrat tedensko.

Peleti predstavljajo moderno in alternativno gorivo z ekološko in ekonomsko prednostjo

pred uporabo fosilnih goriv.

Prednosti izkoriščanja lesne biomase:

je obnovljiv vir energije,

prispeva k čiščenju gozdov,

zmanjšuje emisije in ,

zmanjšuje uvozno odvisnost,

zagotavlja razvoj podeželja,

odpira nova delovna mesta.

Slabost izkoriščanja lesne biomase je visoka cena tehnologije za izrabo lesne biomase.

To slabost je trenutno mogoče premostiti s pomočjo ugodnih kreditov ali pridobivanja

nepovratnih sredstev.

Predstavniki kotlov na tekoča kuriva so sodobni kotli na zemeljski ali naftni plin in

kurilno olje. Ti kotli so razmeroma majhni in tudi estetsko oblikovani. Odlikujejo se z

dobrim izkoristkom, ki pa je predvsem odvisen od pravilne nastavitve gorilnika. Regulacija

je preprosta in natančna, kar omogoča vzdrževanje ugodja v prostoru. Za odvod dimnih

plinov je prav tako kot pri kotlih na trdo kurivo potreben dimnik. Tehnologija pri kotlih na

plin ali kurilno olje je zelo razvita, kar odraža izkoristek kotla pri polni in delni

obremenitvi.


2.1.4. Izkoristek kotlov

1Izkoristek kotla pove, kolikšen delež vložene primarne energije v obliki kuriva se

spremeni v končno energijo. Primarno energijo pa ne moremo v celoti izkoristiti. Določen

del toplotne energije se izgubi oziroma odvede v okolico z dimnimi plini, določen del pa s

sevanjem površine kotla med delovanjem gorilnika. Normirani izkoristek kotlov določimo

tako, da ugotovimo delne izkoristke kotla pri petih natančno definiranih obremenitvah.

Normirani izkoristek zajema vse izgube ogrevalnega kotla z dimnimi plini, sevalne izgube

in izgube pri mirovanju, ki jih določata temperatura kotlovne vode in izkoriščenost kotla.

Za vsako stopnjo izkoriščenosti sta določeni temperatura predtoka in povratka pri

temperaturnem režimu 75/60 C in 40/30 C. Tako lahko na podlagi petih izkoristkov pri

delni obremenitvi določimo normirani izkoristek.

1 Povprečni izkoristki starejših kotlov znašajo med 60% in 80 %. Sevalne toplotne izgube znašajo približno

20 %, izgube dimnih plinov pa 12 %. Delež izgub zaradi pripravljenosti na obratovanje postaja tem večji,

kolikor manjša je letna izkoriščenost kotla.

Sodobni nizkotemperaturni kotli dosežejo izkoristke tudi do 95 %. Sevalne izgube so bistveno manjše kot pri

starejših standardnih kotlih in znašajo približno 1/10 letnih izgub starih kotlov. Prav tako se toplotne izgube z

dimnimi plini zmanjšajo za 1/3 v primerjavi s kotli starejše izdelave.

Šele pri izkoriščenosti kotla pod 10 % naraščajo sevalne izgube kotla. Temu je vzrok daljši čas mirovanja.


2.2. Ogrevalni krog

Ogrevalni krog ali ogrevalno vejo imenujemo del sekundarnega ogrevalnega sistema, ki

termodinamično oziroma toplotno povezuje vir toplote z grelnimi telesi. Ogrevalni krog se

običajno sestoji iz cevnih povezav, obtočne črpalke, morebitnih regulacijskih elementov,

grelnih teles in pomožnih elementov kot so razdelilci, ventili, zasuni, nepovratni ventili,

odzračevalni lončki in tako dalje. Pri stanovanjskih hišah se držimo priporočila, da

posamezne etaže ali zaokrožene funkcionalne ali bivalne enote priključimo na ločene

ogrevalne kroge, s čimer si zagotovimo možnost neodvisnega uravnavanja sobne

temperature. Upoštevati je potrebno tudi, da na isti ogrevalni krog ni mogoče priključiti

radiatorskega in talnega ogrevanja skupaj, razen če gre za manjše površine kot je na primer

kopalnica. Poznamo direktni in mešalni ogrevalni krog. Praviloma je lahko direktni

ogrevalni krog le eden, mešalnih ogrevalnih krogov pa je lahko več. Za ploskovno

ogrevanje se najpogosteje uporablja talno ogrevanje, pri katerem je obvezen mešalni

ogrevalni krog. V manj zahtevnih enodružinskih hišah zadoščata do dva ogrevalna kroga,

dvodružinski ali zahtevnejši objekti pa potrebujejo tudi tri ogrevalne kroge in več. Da

lahko določimo vrsto in število ogrevalnih krogov, moramo izbrati tudi grelna telesa.

Najpogosteje uporabljamo radiatorje, manj pa konvektorje. Pogosta in priporočljiva, zlasti

v kopalnicah, hodnikih in dnevnih prostorih, je uporaba ploskovnega oziroma talnega ali

kombiniranega ogrevanja.

Cevni razvod ogrevalne vode, ki poteka od kotla do ogreval v posameznih prostorih naj

bo čim krajši, s tem so tudi toplotne izgube čim manjše. Cevovodi, ki potekajo po

neogrevanih prostorih morajo biti toplotno izolirani. Ločimo enocevne in dvocevne

sisteme. Cevni razvodi so lahko v vidni ali nevidni izvedbi. Pri novogradnjah je možna

vgradnja v tlake in stene. Kot material za cevi uporabljamo jeklo, baker, umetne materiale

in kombinacijo različnih materialov, vendar se v zadnjem času jeklo ne uporablja več

toliko zaradi težje vgradnje. Pri dvocevnih sistemih sta dovod in odvod grelne vode ločena,

ogrevala pa so v sistemu v večini vezana vzporedno. Temperatura dovoda je za vsa

ogrevala v zaključenem sistemu enaka. Izvedba dvocevnega sistema je lahko s spodnjim in

zgornjim razvodom. Pri enocevnih sistemih so ogrevala v veji oziroma zanki vezana

zaporedno, kar pa pomeni, da v vsako naslednje ogrevalo prihaja delno ohlajena voda.


2.2.1. Direktni ogrevalni krog

Tako imenovani direktni ogrevalni krog (slika 10) uporabljamo za manjše površine

ogrevanja kot so na primer etažna stanovanja. Pri direktnem ogrevalnem krogu se

regulacija ogrevanja vrši z vklopom in izklopom toplotne črpalke, zato prihaja do velikih

temperaturnih sprememb v ogrevalnem sistemu, kar pa se kaže kot slaba lastnost

direktnega ogrevalnega kroga. Direktni ogrevalni krog prav tako ni priporočljiv za talno

oziroma stensko ogrevanje, predvsem zaradi omenjene slabosti. Hitre spremembe

temperature nam lahko pri talnem oziroma stenskem ogrevanju poškodujejo tla oziroma

stene, sploh če so obložena z občutljivimi materiali kot je na primer marmor.

Slika 10: Direktni ogrevalni krog

2.2.2. Mešalni ogrevalni krog

Pri mešalnem ogrevalnem krogu se temperatura regulira preko mešalnega ventila. S

tem dosežemo idealno temperaturo z minimalnim temperaturnim nihanjem. Mešalni ventil

uravnava temperaturo dovoda v grelna telesa tako, da primešava ohlajeno vodo iz

povratka. Tako bo preprečil hitro spremembo temperature v grelnih telesih. V kombinaciji

z motornim pogonom bo avtomatsko odpiral oziroma zapiral ogrevalni krog v odvisnosti

od želene temperature v prostoru.


Slika 11: Mešalni ogrevalni krog

2.2.3. Komponente ogrevalnega kroga

Ogrevalni krog je ne glede na to ali je mešalni ali direktni, brez pripadajočih

komponent neuporaben. Pod komponente enostavnega ogrevalnega kroga spadajo:

obtočna črpalka,

mešalni ventil,

nepovratni ventil,

varnostni ventil,

raztezna posoda,

odzračevalni lončki.

Obtočna črpalka služi za cirkulacijo ogrevnega medija med kotlom in grelnimi telesi.

Običajno je to voda ali zmes vode in sredstva proti zmrzovanju. Na tržišču obstaja veliko

vrst in cenovnih razredov obtočnih črpalk, katerih osnovni namen je enak. V večini se

uporabljajo enofazne obtočne črpalke, poznamo pa tudi trifazne obtočne črpalke ter

frekvenčno vodene črpalke. Najpogosteje uporabljena je regulacija s proporcionalnim

diferenčnim tlakom. Ločimo tri sisteme regulacije preko obtočnih črpalk:

črpalka z možnostjo nastavitve regulacije s proporcionalnim diferenčnim tlakom, pri

kateri razpoložljivi tlak z večanjem pretoka narašča,

črpalka, ki vzdržuje konstantni diferenčni tlak, ne glede na njeno pretočno

obremenitev,


črpalka z vzporedno karakteristiko, pri katerih se razpoložljiva tlačna razlika prilagaja

potrebam ogrevalnega sistema.

Mešalni ventil je mehanska naprava s katero reguliramo temperaturo ogrevne vode, ki

jo črpalka pošilja do grelnih teles. Naloga mešalnega ventila je mešanje vroče vode iz kotla

z delom povratne vode iz ogrevalnega sistema. Regulacija ogrevanja s pomočjo motornega

pogona na mešalnem ventilu uravnava potrebno temperaturo dvižnega voda oziroma

grelnih teles in s tem vzdržuje želeno sobno temperaturo. Tak sistem reguliranega

ogrevanja se imenuje mešalni ogrevalni krog. Obstajajo tropotni mešalni ventili in

štiripotni mešalni ventili. Razlika med obema je v številu priključnih cevi. Tropotni

mešalni ventil bo popolnoma zapiral eno od ogrevalnih vej, medtem ko štiripotni mešalni

ventil uravnava temperaturo med dvema vejama in posameznih vej ne zapre popolnoma.

Slika 12: Tropotni in štiripotni mešalni ventil

Nepovratni ventil nameščamo na dvižni vod in kot že ime samo pove skrbi, da se voda

katera teče v grelna telesa zaradi tlaka ne vrača po dvižnem vodu nazaj v kotel in moti

enosmerne cirkulacije.

Varnostni ventil skrbi, da pritisk v kotlu oziroma grelniku sanitarne vode nikdar ne

preseže 3 barov. V kolikor pritisk naraste preko navedene vrednosti, je posledica

razbremenitev sistema na varnostnem ventilu. To pomeni iztok določene količine vode. Ta

pojav je pri prekoračitvi tlaka 3 barov normalen in nujen.

Raztezna posoda je varnostni element, ki prevzema raztezke ogrevalne vode zaradi

povišane temperature in tlaka v sistemu. Za manjše sisteme je razširjena uporaba zaprte

raztezne posode, ki je povezana s povratkom ogrevalne vode. Raztezna posoda je


tovarniško napolnjena s plinom pod pritiskom, ki je vedno označen na vidnem mestu. S

časoma se elastična membrana v posodi stara in začne prepuščati vodo iz sistema. Če v

času mirovanja in med obratovanjem kotla tlak v sistemu izrazito niha, je to znak, da je

raztezna posoda v okvari. Z rahlim pritiskom na ventil na plinskem delu posode lahko

preverimo ali je membrana popustila. Če iz ventila priteče voda je to znak, da je membrano

potrebno zamenjati. V primeru, da je pritisk v raztezni posodi nižji od statičnega tlaka v

sistemu, lahko tlak v posodi povečamo tako, da jo napolnimo z zračno tlačilko, kajti ventil

na raztezni posodi je podoben ventilu na avtomobilski gumi ali ventilčku na kolesu.

Slika 13: Raztezna posoda

Odzračevalni lončki se vgrajujejo na najvišji točki cevovoda in služijo za izpust zraka

iz cevi. Odzračevalne lončke preizkušamo tako, da ročno aktiviramo izpustni ventil na

vrhu lončka, pri tem pa bo izteklo nekaj vode.

2.3. Vrste ogrevalnih teles

Načinov ogrevanja je več vrst, pri tem pa ne izbiramo le med različnimi ogrevalnimi

telesi, temveč tudi med različnimi gorivi oziroma viri toplote. Izbira ustreznega

ogrevalnega sistema, njegova pravilna izgradnja in vzdrževanje so pogoj za ekonomično in

učinkovito ogrevanje hiš ter drugih stavb. Klasična ogrevala, katera še vedno v večji meri

prevladujejo, so radiatorji. Med sodobna, moderna ogrevala, pa štejemo nizkotemperaturna

ploskovna ogrevala kot so talno in stensko ogrevanje. Pri novogradnjah v tujini se

klasičnih radiatorjev praktično ne vgrajuje več, trendi pa kažejo, da bodo v nekaj letih


popolnoma izpodrinjeni oziroma se bodo uporabljali le še v dekorativne namene. Pri nas

se samograditelji po večini odločajo za talno ogrevanje s kombinacijo radiatorjev. Najbolj

proaktivni pa navkljub svetovanju arhitektov in prigovarjanju projektantov nadomeščajo

radiatorje s stenskim ogrevanjem.

2.3.1. Radiatorsko ogrevanje

Radiatorski način ogrevanja je najbolj razširjen. Odlikujeta ga enostavna in cenena

vgradnja ter nezahtevno vzdrževanje in čiščenje. Z višanjem standarda pa se povečujejo

tudi zahteve po estetskem izgledu. Rešitev s »skrivanjem« radiatorjev za predmete ali

okrasne plošče je s stališča ogrevanja zelo slaba. Radiator namreč kar precejšnji del toplote

odda s sevanjem in če »ne vidi«, bo oddal manj toplote. Pomanjkljivost radiatorskega

ogrevanja je neugodna razporeditev temperatur po višini. Pri visoki površinski temperaturi

radiatorjev pa je intenzivna tudi cirkulacija zraka, ki povzroča dviganje prahu. Radiatorji

so manj primerni za nizkotemperaturne sisteme oziroma je treba bistveno povečati njihovo

površino. Ogrevala oddajajo toploto eno četrtino s sevanjem, tri četrtine pa s konvekcijo

oziroma kroženjem zraka v prostor. Pri tem se hladen zrak, ki prihaja pod okno ogreje ter

dvigne pod strop. Povprečna obstojnost radiatorjev je ob normalni uporabi 20 do 30 let.

Daljše delovanje jim zagotavljajo pravilen izbor, kakovostna izvedba in montaža ter

ustrezno in redno vzdrževanje. Iz sistema centralnega ogrevanja tudi v poletnih mesecih ne

smemo izpuščati vode, temveč mora biti ta vedno napolnjen. Na ta način se izognemo

koroziji radiatorjev. Največja temperatura vode, ki jo lahko sprejmejo je 110 °C, največji

dovoljeni pritisk pa 7 barov. Ustrezno velikost radiatorja za ogrevanje posameznega

prostora določimo glede na:

velikost ogrevanega prostora,

transmisijsko toploto sten, oken, vrat, stropa in tal,

prepihovalno toploto.

Vsota slednjih dveh predstavlja toploto, ki jo prostor izgubi v eni časovni enoti in jo

je treba nadomestiti prek ogrevalnih teles. Kroženje ogrevalne vode po ogrevalnih telesih

omogoča obtočna črpalka. Najpogosteje uporabljamo tako imenovane inteligentne črpalke,


ki omogočajo nastavitev ustrezne višine tlaka in pretoka, kar omogoča prilagajanje

razmeram v omrežju in zmanjšano porabo energije.

Slika 14: Estetsko oblikovan sodobni radiator

2.3.2. Stensko ogrevanje

Stensko ogrevanje omogoča zdravo bivanje pri odličnih klimatskih pogojih. Toplota

prehaja v prostor s sevanjem, deloma pa tudi s konvekcijo. Topel zrak se ob segreti ploskvi

dviga, kar omogoča močnejšo cirkulacijo, prav tako pa se preprečuje tudi sevanje hladnih

sten in oken. Sistemi stenskega ogrevanja so konstrukcijsko enostavni in je z njimi

enostavno upravljati. Zaradi dostopne cene, enostavnega načrtovanja in minimalnih

stroškov vzdrževanja ter predvsem nizke porabe energije, se stensko ogrevanje vedno

bolj uveljavlja tudi pri nas. Do sedaj se je stensko ogrevanje uporabljalo predvsem skupaj s

talnim ogrevanjem, možno pa ga je samostojno uporabljati tako v novogradnjah, kot pri

sanacijah starejših objektov. Stenska ogrevanja se med seboj razlikujejo po konstrukcijski

obliki in po funkcionalnosti, v glavnem pa se uporabljata dva sistema in sicer podzidane

ogrevalne letve ter površinsko nameščeni cevni sistemi, ki se prekrijejo z ometom ali

mavčnimi ploščami.

Podzidane ogrevalne letve (slika 15) se nameščajo na posebne stenske konstrukcije.

Skozi cevi, ki so obdane z metalnimi lamelami za povečanje prenosa toplote, se pretaka

voda, ki oddaja toploto in segreva zrak v prostoru. Stensko ogrevanje ima pri prenosu

toplote zaradi toplotnega sevanja zanemarljivo majhen konvekcijski delež. Zaradi občutno


višjega deleža toplotnega sevanja glede na prej opisani primer, omogoča sistem znatno

povišanje temperature sobne površine. Površine, ki niso direktno povezane v ogrevalni

krog, se lahko indirektno ogrevajo. S takim načinom ogrevanja preprečimo ohlajevanje

človeškega telesa, ki ga zaznamo kot hlad in nezaželeno kroženje zraka, katerega zaznamo

kot prepih. Tako lahko pri enaki delovni temperaturi zaradi boljšega prenosa toplote

ogrevalnih cevi, v homogeni plasti ometa dosežemo višje toplotne vrednosti, kot pri suho

montažni steni.

Slika 15: Stensko ogrevanje, podzidane letve

Pri suhomontažnem sistemu (slika 16) je vodilna ogrevalna cev zaradi boljše toplotne

prevodnosti obdana s tankimi kovinskimi lamelami in vstavljena v posebno oblikovano

izolacijsko plast. Takšni sistemi se po navadi vgrajujejo v stare zgradbe. Kot cevni material

se uporabljajo polietilenske ogrevalne cevi. Njihova visoka fleksibilnost in odpornost na

zunanje vplive omogočata poljuben razmak cevi in način polaganja. Zaradi majhnih

upogibnih radijev je razmik med cevmi 4 do 6 cm. Z zmanjšanjem ogrevnega medija se

zmanjšajo tudi stroški porabe energije. Zaradi tega se poveča možnost uporabe ogrevalnih


sistemov z nizkimi temperaturami ogrevnega medija, na primer toplotne črpalke in

sprejemniki sončne energije. V poletnem času pa je možno ogrevalni sistem uporabiti tudi

za hlajenje.

Slika 16: Suhomontažni sistem stenskega ogrevanja

Za vgradnjo stenskega ogrevanja ne obstajajo točno določena merila. Glede na dobro

počutje je priporočljivo v sistemu uporabljati čim nižje sistemske temperature. Toplotna

izolacija naj bo izvedena glede na novejše predpise, kar pomeni, da naj bo toplotna

prehodnost ovoja zgradbe enaka ali manjša od Za površinsko ogrevanje, ne

glede na to ali je talno ali stensko, je predpisana omejitev prehoda med gradbenimi plastmi,

torej med ogrevanimi površinami in zunanjo temperaturo, ki ni odvisna od talnih ali

stenskih oblog. Toplotna izolacijska plast je v teh primerih nameščena na notranji strani

zgradbe zato, ker je nameščanje na zunanji strani stene navadno cenovno dražje in pri

zgradbah, ki so »zgodovinsko zaščitene« tudi neizvedljivo. Pri tem je pomembno, da

upoštevamo točko rosišča in da je zunanja stena tako izvedena, da vlaga ne more prodreti v

notranjost. Vmesne stene je priporočljivo toplotno izolirati, ker tako lahko

preprečimo ogrevanje zidu. Za toplotno izolacijo vmesnih sten se priporoča plast ometa iz


materiala z izolacijsko sposobnostjo. Paziti moramo, da ne uporabljamo ometa iz čistega

mavca za temperature višje od 50 °C, saj v nasprotnem primeru povzročimo razpoke na le

tem.

Tabela 1: Grelni register brez izolacijske plošče

Zgornja tabela prikazuje tri različne temperature ogrevalnega medija in posledično

toplotno oddajo v odvisnosti od omenjenih temperatur. Pri tem sistemu grelni register ni

ločen od stenske akumulacijske mase, kar pomeni, da se nekaj več toplotne energije

porazgubi po zidni površini.

Tabela 2: Grelni register z izolacijsko ploščo

Temperatura ogrevnega medija Tm Toplotna oddaja , Tprostora = 22 °C

55 °C 240 W/m2

45 °C 160 W/m2

35 °C 94 W/m2

Temperatura ogrevnega medija Tm* Toplotna oddaja , Tprostora = 22 °C

55 °C 245 W/m2

45 °C 165 W/m2

35 °C 96 W/m2


Pri sistemu z izoliranim grelnim registrom (stenskim ogrevanjem) se bo po zidni

površini porazgubilo majn toplotne energije, kar je razvidno tudi iz tabele 2.

2.3.3. Talno ogrevanje

Talno ogrevanje (slika 17) je najstarejši poznan sistem centralnega ogrevanja prostorov.

Tak način ogrevanja (Hipokaust) je pravzaprav znan že iz rimskih časov, kjer je bil

prenosnik toplote zrak oziroma dimni plini, ki so krožili po kanalih pod hišo. Talno

ogrevanje spada v tako imenovano skupino ploskovnih ogrevanj, kjer najdemo še stensko

in stropno ogrevanje. Cevi so položene v tla, tako se toplota ogrete vode prenaša iz cevi na

talno konstrukcijo in od tod na zrak v prostoru v obliki sevanja in konvekcije. Pri tleh so

temperature najvišje in proti stropu padajo, temperaturni profil po višini prostora pa je

najbližji idealnemu. Stara modrost pravi tople noge, hladna glava.

Slika 17: Talno ogrevanje

Sodobno talno ogrevanje se je razvilo pred drugo svetovno vojno, vendar zaradi težav

pri montaži, predvsem zaradi uporabe jeklenih cevi, ni doživelo širše uporabe. V zadnjem

času pa doživlja veliko popularnost in širšo uporabo.


Razlogi zato so:

hitra montaža in manjši stroški zaradi uporabe plastičnih cevi,

izboljšana toplotna zaščita zgradb, in s tem manjša potrebna instalirana moč naprav za

ogrevanje, omogoča izkoriščanje talne površine za ogrevanje,

zaradi nižje temperature ogrevalnega medija (med 40 °C in 60 °C) je mogoče uporabiti

toplotne črpalke in energijo sonca kot vir energije,

proizvajalci so s pripravo podatkov in pripomočkov za projektiranje omogočili

enostavnejše in natančnejše dimenzioniranje talnega ogrevanja.

Pri pravilno načrtovanem sistemu talnega ogrevanja so njegove prednosti:

večje toplotno ugodje, saj so temperature sevanja nižje kot pri ogrevanju z radiatorji,

zaradi ugodnega temperaturnega profila v prostoru je lahko temperatura zraka v

prostoru nižja za 1 °C do 2 °C, kar posledično pomeni od 6% do 12 % prihranka pri

energiji,

kroženje prahu v prostoru je manjše zaradi manj intenzivnega kroženja zraka.

Slika 18: Temperaturni profili ploskovnih sistemov ogrevanj

Kljub prednostim talnega ogrevanja pa ima slednje tudi nekaj slabosti. Ena od njih je

velika vztrajnost, zaradi katere se sistem težje odziva na hitre spremembe pri spreminjanju

toplotnih obremenitev v prostoru. Regulacija talnega ogrevanja je torej težavnejša, to

(A) idealno, (B) talno,

(C) stropno,


slabost pa nekoliko ublaži dobra samoregulacija sistema. Pri povišanju temperature v

prostoru se zmanjša temperaturna razlika in s tem tudi toplotna oddaja. Talno ogrevanje je

priporočljivo kombinirati v prostorih z velikimi steklenimi površinami z radiatorskim

ogrevanjem, saj je usklajevanje toplotnih dobitkov (sončne energije) in potreb po toploti za

ogrevanje prostora lažje in hitrejše. Pri načrtovanju in izvajanju talnega ogrevanja se

moramo zavedati, da je odprava napak in dograditev sistema praktično nemogoča ali pa

zahteva velike stroške. Praktično je mogoče, da inštalater brez poznavanja nekaterih

podatkov proizvajalca in izračuna, sam izdela kakovosten sistem talnega ogrevanja. Tudi

zaradi tega dejstva so talna ogrevanja v preteklosti precej izgubila na popularnosti.

Odločitev za uporabo talnega ogrevanja mora biti osnova tudi gradbenemu načrtovanju

hiše, saj morajo biti izpolnjeni tudi gradbeni pogoji, potrebni za dobro delovanje sistema.

Ti so predvsem dobra toplotna zaščita zgradbe, pravilna izbira talne obloge, zadostna

višina talne konstrukcije za vgradnjo, predvidena razporeditev pohištva in tako dalje.

Sistem talnega ogrevanja je v primerjavi z radiatorskimi sistemi ogrevanja 20% do 40%

dražji, odvisno od načina vgradnje in izvedbe. Zaradi medicinsko-fizioloških pogojev je

površinska temperatura tal omejena. Za znano toplotno obremenitev prostora in

temperaturo zraka v tem prostoru, je potrebna dovolj visoka temperatura površine tal.

Temperatura ogrevnega medija ne more biti poljubno visoka in je odvisna tudi od načina

polaganja cevi talnega ogrevanja. Ta omejitev predstavlja večkrat težavo, saj mora biti

razpoložljiva prosta površina tal glede na toplotno obremenitev prostora dovolj velika.

Priporočljive temperature površine tal glede na namembnost prostora so:

26 °C do 28 °C v prostorih, kjer se zadržujemo dalj časa (bivalni prostori na primer

dnevne in delovne sobe, pisarne in tako dalje),

28 °C do 32 °C robne cone ob oknih in zunanjih stenah,

30 °C v prostorih kjer se zadržujemo občasno (hodniki, WC),

32 °C do 35 °C v kopalnicah, pokritih plavalnih bazenih in kopališčih.


Za približno oceno velikosti potrebne površine tal lahko služi naslednji diagram:

Slika 19: Graf specifične toplotne oddaje talno ogrevane površine v odvisnosti od površinske temperature tal

(pri temperaturi zraka v prostoru 20°C)

Pri novogradnjah ter saniranih starejših objektih, ki so ustrezno toplotno zaščiteni,

toplotne izgube objekta ne presegajo 100 W na enoto ogrevalne površine. S sistemom

talnega ogrevanja lahko v celoti pokrijemo toplotne izgube objekta, pri tem pa naj ne

presežemo priporočljivih vrednosti površinskih temperatur. V večini starejših objektov z

nezadostno toplotno zaščito sistem talnega ogrevanja ne more pokriti toplotnih izgub, zato

ga dopolnjujemo z radiatorskim sistemom ogrevanja. Z gostejšim polaganjem cevi

zagotovimo primerno toplotno oddajo tudi v robnih conah, pri tem pa dosežemo višje

površinske temperature.

Predhodniki današnjih modernih talnih ogrevalnih sistemov so bili grajeni izključno iz

jeklenih cevi, redkeje iz bakrenih, ki so bile položene pod zaključni talni sloj. Položene so

bile v plast suhega peska ali v votle gradbene elemente z lamelami, za izboljšanje

prevodnosti toplote. Običajno so jih vgrajevali v prostore s posebnimi zahtevami zaradi

njihove visoke cene. Načini vgradnje se danes v načelu niso veliko spremenili, le uporaba

plastičnih cevi je nekatere postopke poenostavila. Poznamo dva osnovna načina vgradnje

ogrevalnih cevi in sicer mokri ter suhi način vgradnje. Uporaba plastičnih cevi za talno

ogrevanje ima veliko prednosti pred jeklenimi ali bakrenimi. Manjši so problemi zaradi

raztezanja cevi, krivljenja cevi in samega načina polaganja. Najpogosteje uporabljajo za


proizvodnjo cevi polipropilen (P), polietilen (PE) ali polibuten (PB). Pomembno je vedeti,

da imata pri plastičnih ceveh velik vpliv na njihovo življenjsko dobo notranji tlak in UV

žarki. Praviloma velja, da je pri nižjih temperaturah ogrevne vode, njihova življenjska doba

daljša, vpliv UV žarkov pa zmanjšujejo različni dodatki pri izdelavi cevi. Opozoriti velja

na vpliv difuzije kisika pri plastičnih ceveh. Kisik iz okolice prodira v notranjost cevi, se

veže na ogrevalno vodo in nato izloča na kovinskih delih instalacije (kotli, razdelilniki in

tako dalje), kjer povzroča korozijo. Večina proizvajalcev je našla rešitev z vgradnjo

posebnih za kisik nepropustnih ovir v steno cevi. To so lahko aluminijeve folije ali pa po

posebnem postopku izdelane večplastne stene cevi. Temu vplivu se lahko izognemo tudi z

dodajanjem različnih kemičnih dodatkov v vodo ali fizično delitvijo sistema talnega

ogrevanja od priprave ogrevalne vode z izmenjevalniki.

Dimenzije cevi določi projektant ob načrtovanju talnega ogrevanja. Največkrat

uporabljamo cevi dimenzij mm in mm, v zadnjem času pa se zelo

uveljavljajo cevi dimenzije mm, ki so primerne tudi za uporabo pri stenskem

ogrevanju.

Prvi pogoj za uporabo talnega ogrevanja je dobra toplotna izolacija objekta. Glede na

njegovo veliko vztrajnost izberemo centralni način reguliranja temperature v prostoru v

odvisnosti od spreminjanja zunanje temperature. Možni so naslednji načini regulacije:

stalni pretok ogrevalne vode in spreminjanje temperaturne razlike,

stalna temperaturna razlika in spreminjanje pretoka,

spreminjanje temperaturne razlike in pretoka z uporabo tri ali štiripotnega mešalnega

ventila.

Navkljub velikim zakasnitvam pri regulaciji sistema talnega ogrevanja pa regulacijo

izboljšuje efekt samoregulacije. Efekt nastopi, ko se zaradi višanja temperature zraka v

prostoru zmanjša temperaturna razlika med površino poda ter zrakom, s tem pa tudi

specifična toplotna oddaja. Tako se oddaja toplote v primeru površinske temperature poda

28 °C ter temperature zraka prostora, ki naraste iz 18 °C na 20 °C, zmanjša kar za 20%.

Zmanjšanje oddaje toplote nastopi zaradi zmanjšanja temperaturne razlike, katera se je z

10 °C znižala na 8 °C. Zelo pomembno je varovanje sistema pred previsoko temperaturo.

Največkrat uporabljena možnost je uporaba magnetnega ali termostatskega ventila, ki


zapre dovod vode v sistem in izklopi obtočno črpalko v primeru, ko temperatura preseže

dovoljeno vrednost. Sistem lahko varujemo tudi s tropotnim mešalnim ventilom, katerega

vgradnja je prikazana na sliki 20.

Slika 20: Primer varovanja sistema talnega ogrevanja pred previsoko temperaturo s tropotnim mešalnim

ventilom

Čeprav je električna energija predragocena za ogrevanje, pa vendar ne moremo mimo

najenostavnejšega načina talnega ogrevanja. Električno talno ogrevanje je z vidika

investicije gotovo cenejše, če upoštevamo dejstvo, da je talno ogrevanje tudi

najučinkovitejši način ogrevanja, potem takem je uporaba elektrike lahko tudi upravičena.

Tako ogrevanje je primerno v kopalnicah, različnih poslovnih prostorih in pri obnovi starih

stanovanj, kjer ni druge možnosti ogrevanja. Električno talno ogrevanje je običajno

izvedeno iz tovarniško izdelanih mrež ali folij, kamor so vgrajene električne žice.

Vgradimo jih neposredno v estrih in priključimo na poseben električni tokokrog. Pri tem

moramo paziti, da je električna instalacija primerno projektirana. Prednosti so enostavna

vgradnja, enostavna regulacija in minimalno vzdrževanje. Slabosti pa so poleg visoke cene

električne energije še trajnost vgrajene instalacije in veliki stroški v primeru okvare. Pri

odločitvi za tak način ogrevanja moramo izbrati proizvajalca, ki ima dobre reference pri

gradnji talnega električnega ogrevanja.


2.4. Pomožni ogrevalni sistemi

S tehnološkim razvojem se je poraba fosilnih goriv izredno povečala. Ker se zavedamo,

da le ta niso večna, se je razvoj usmeril tudi k iskanju alternativnih virov energije. Možnost

se nam ponuja v sončni energiji katera je brezplačna, obnovljiva in ne onesnažuje okolja.

Sonce na zemljo seva 15000 krat več energije, kot jo porabi človek. Vendar je problem v

tem, da sončno sevanje ni vedno enako močno, na kar vpliva predvsem vpadni kot žarkov

in vreme (oblaki, megla in tako dalje). Njegovo uporabo pa zavirajo tudi tehnični in

finančni problemi glede pridobivanja in pretvarjanja v druge oblike energije.

Naslednji tako imenovani pomožni način ogrevanja so toplotne črpalke. Bliskovit

razvoj toplotnih črpalk sega 20 let nazaj v dobo velike naftne krize, kjer so mnogi

proizvajalci iskali rešitve za zamenjavo fosilnih goriv v drugih izvorih. Eden od odgovorov

je bil uporaba odpadne toplote oziroma toplote okolice. Takratne tehnične rešitve in

izvedbe toplotnih črpalk niso dale pričakovanih rezultatov glede izkoristka in tako so bile s

končanjem naftne krize dejansko za daljšo dobo pozabljene. S povečanjem ekološke

zavesti pri potrošnikih ter naraščanjem cen energije, postajajo toplotne črpalke kot

energetsko učinkovit in okolju prijazen sistem za ogrevanje in pripravo tople vode

ponovno vse zanimivejše. Z razvojem novih tehnologij, izboljšanjem izkoristka delovanja,

zmanjšanjem dimenzij in mase, se uporaba toplotnih črpalk ponovno vrača. Toplotne

črpalke nove generacije so znižale mejo delovanja do najnižjih temperatur zunanjega

zraka, celo do -20 °C. Leta 1978 je bil odnos električne energije in pridobljene toplotne

energije 1 : 2, danes pa znaša 1 : 5 in pri določenih izvedbah celo več. Predvideva se, da

bodo toplotne črpalke v bodočnosti predstavljale osnovne ogrevalne naprave na

nizkotemperaturnih sistemih. Najnovejši izračuni in meritve na številnih izvedbah toplotni

črpalk so pokazali, da toplotne črpalke porabijo med 34% in 49 % manj primarne energije

kot plinski in oljni kondenzacijski kotli. Prav tako se z uporabo toplotnih črpalk zelo

zmanjša emisija in drugih škodljivih plinov v primerjavi s plinskimi in oljnimi

kondenzacijskimi kotli. To zmanjšanje znaša med 31% in 60 %.


2.4.1. Ogrevanje s sončno energijo

Ogrevanje sanitarne vode s sončnimi kolektorji (slika 21) je dokaj razširjeno, ogrevanje

objektov pa se zaradi potrebe po večjih absorpcijskih površinah in akumulacijah ogrevalne

vode uveljavlja šele v zadnjem času. Pri odločanju vgradnje naprave za pripravo tople

vode, še bolj pa za ogrevanje s sončno energijo v zimskem obdobju, moramo poznati

količino sončne energije, ki jo imamo na voljo v našem kraju. Ta je odvisna od letnega

časa in geografskih ter meteoroloških značilnosti. V krajih s pogosto meglo ali oblačnostjo

ogrevanje pozimi s sončno energijo ni smiselno, priprava tople vode v poletnem času pa je

lahko učinkovita. V naših krajih vpade na 1 površine med 1000 in 1400

sončne energije letno, žal pa je večina te energije na razpolago v času od aprila do oktobra,

ko ogrevanje prostorov ni potrebno. Le približno od 200 do 250 je na voljo v

zimskem času. Sonce lahko v stavbah izkoriščamo na več načinov. Najpogostejša je

pasivna raba sončne energije, kjer sonce neposredno greje prostore skozi prozorne ali

prosojne površine kot so okna, stekleniki, fasade s prosojno toplotno izolacijo in podobno.

Pri tem načinu niso potrebni nobeni mehanski deli. Drugi način je aktivno izkoriščanje

sončne energije pri katerem sistem sestavljajo sprejemniki sončne energije, hranilnik

toplote in vsi vmesni deli ter medij za prenos toplote iz sprejemnikov v hranilnik. Prvi

pogoj za izkoriščanje sončne energije z aktivnimi sistemi je primerna lega stavbe. Stavba

ne sme biti v senci drugih stavb, gozda, hribov ali podobno. Sprejemnike največkrat

namestimo na streho, zato je najbolje, da je streha obrnjena proti jugu, dopustne pa so tudi

smeri od jugovzhoda do jugozahoda. V primerih, ko streha ni postavljena v primerni smeri,

lahko sprejemnike vgradimo na druga mesta, ki niso preveč oddaljena od hranilnika

toplote, le-ta pa ne sme biti preveč oddaljen od porabnikov. Preden se odločimo za

namestitev sprejemnikov sončne energije se moramo na upravni enoti pozanimati, katera

dovoljenja potrebujemo, na primer priglasitev del, gradbeno dovoljenje in podobno. Srce

sončnih kolektorjev je črna površina, ki pretvarja sončno energijo v toploto. Toplota se

nato prenese na medij za takojšno ogrevanje ali se jo shrani za kasnejšo uporabo. Za

prenašanje se uporablja voda, sredstvo proti zmrzovanju (antifriz) ali v časih tudi zrak.

Izvedba sončnih kolektorjev je lahko enostavna, z nizkimi stroški, lahko pa je zahtevnejša,

z visoko selektivnimi premazi absorbnih površin, za sončno svetlobo dobro propustnim

steklom, z na kislino odpornim nerjavečim ohišjem ter z ekspandiranim poliuretanom


izolirano spodnjo stranjo kolektorja. Nove izvedbe sončnih kolektorjev omogočajo

enostavno in hitro vgradnjo. Tehnično še zahtevnejši so kolektorji s cevnimi absorberji, ki

jih je mogoče zavrteti za 30° in tako postaviti v idealno lego glede na kot sončnega

sevanja. Tudi ti absorberji imajo visoko selektivno površino, cevni prenosnik pa je

vakuumsko izoliran.

2Pri postaviti kolektorjev moramo upoštevati namen njihove uporabe, torej ogrevanje

sanitarne vode ali ogrevanje objekta. Ogrevanje sanitarne vode je potrebno vse leto,

medtem ko je ogrevanje objekta potrebno predvsem v jesenskih, zimskih in spomladanskih

mesecih. Glede na namen uporabe določimo usmeritev in kot postavitve kolektorjev tako,

da izkoristimo največ brezplačne energije. Na kot postavitve vpliva tudi skupna površina

kolektorjev, saj je v poletnih mesecih pri veliki površini skupna moč ogrevanja dovolj

visoka tudi pri neugodnem kotu. V jesenskih in spomladanskih mesecih, ko je sončno

sevanje manj intenzivno, pa je pomembno, da izberemo najugodnejši kot tako, da padajo

sončni žarki na kolektor čim bolj pravokotno. Glede na velikost vgrajenih kolektorskih

površin s predpostavkami določimo ali izračunamo, za kateri mesec naj bi bil kot

postavitve kolektorjev najugodnejši. Največjo učinkovitost kolektorja dosežemo poleti, z

usmeritvijo proti jugu pod kotom 30° glede na vodoravno površino. Da bi dosegli enako

učinkovitost pri drugačni usmeritvi in pri drugačnem kotu, je potrebno površino kolektorja

ustrezno povečati. Poleti je energija sonca največja, tako lahko sanitarno vodo ogrevamo

praktično samo s sončno energijo. Pozimi je sončne energije manj, vendar lahko v

primerno zasnovanem sistemu kljub temu prispeva dobršen delež k ogrevanju sanitarne

vode.

2 Strokovnjaki Fakultete za strojništvo ocenjujejo, da je v Sloveniji 100.000 sprejemnikov sončne

energije (SSE) v uporabi tako v individualni, kot tudi komercialni rabi, oziroma nekje okrog 0.05 na

prebivalca (švica ima na primer 0,027 na prebivalca, Avstrija pa približno 0.09 , štejemo pa ju, poleg

nekaterih sredozemskih držav, med tovrstno najbolj opremljene države na svetu). Prihranek energije, ki ga

dosežemo z vgradnjo solarne naprave za ogrevanje vode za štiričlansko družino, je v povprečju 2000 kWh

letno, kar je enakovredno približno 200 l kurilnega olja.


Slika 21: Solarni sistem ogrevanja

2.4.2. Ogrevanje z geotermalno energijo

Vsakdo je že opazil, da se izza hladilnika dviga topel zrak. Sigurno ste kdaj pomislili,

da bi na takšen način lahko ogrevali vodo? To je možno narediti in sicer s toplotno črpalko,

ki deluje na enakem principu kot hladilnik. Pri hladilniku se ohlaja notranjost, toplota

odvzeta živilom pa prehaja v okolico. S pomočjo toplotne črpalke pa toploto, ki bi sicer

prešla v okolico, koristno uporabljamo za ogrevanje prostorov ali sanitarne vode,

samostojno ali v kombinaciji z ostalimi sistemi. Pridobljena toplota je rezultat

termodinamičnega procesa in ne izgorevanja goriva kot pri klasičnih ogrevalnih sistemih.

Toplotna črpalka (slika 22) je sestavljena iz uparjalnika, ki odvzema toploto okolice

(vode, zraka, zemlje). V njej se pri nizki temperaturi uplini delovna snov (hladivo), ki nato

potuje v kompresor. Ta pare stisne in jih dvigne na višji tlačni in temperaturni nivo. Vroče

pare v kondenzatorju kondenzirajo pri višji temperaturi in pri tem oddajo kondenzacijsko

toploto ogrevanemu mediju. Delovna snov nato potuje preko ekspanzijskega ventila, kjer

se ji zniža tlak nazaj v uparjalnik in proces se ponovi. Vsa toplota pridobljena iz okolice je

brezplačna. Da pa jo lahko iz nizkotemperaturnega nivoja dvignemo na visokotemperaturni

nivo, pa je potrebno vložiti nekaj dela. Tako je za delovanje toplotne črpalke potrebna

električna energija za pogon agregata, ki ga sestavljata kompresor in ventilator. Razmerje

med plačano energijo (elektriko) in brezplačno energijo (pridobljeno iz okolice) je


običajno 1:3 in pri najnovejših črpalkah celo do 1:5 in več. To pomeni, da pri 3

pridobljene toplotne energije uporabnik plača 1 , 2 pa dobi brezplačno.

Razmerje med pridobljeno toplotno energijo in vloženim delom imenujemo grelno število.

Njegova vrednost je odvisna od vrste toplotne črpalke in vira okoliške toplote. Letna grelna

števila znašajo v povprečju 3 do 4 in tudi več.

Slika 22: Princip delovanja toplote črpalke

Poznamo tri osnovne izvedbe toplotnih črpalk glede na medij (okolico), ki ga hladimo

in medij, ki ga ogrevamo. Tako poznamo sisteme toplotnih črpalk zrak/voda, voda/voda in

zemlja/voda. Pri označevanju tipa toplotnih črpalk se na prvo mesto postavlja medij, ki ga

hladimo, na drugo mesto pa medij, ki ga grejemo. Toplotne črpalke zrak/zrak so v bistvo

vse vrste klimatizerjev, ki ohlajajo in vzdržujejo temperaturo v določenem prostoru in

toploto predajajo na zrak v sosednjem prostoru ali okolico. Za ogrevanje zgradb pa


potrebujemo poleg zadostne količine toplote tudi zadosten temperaturni nivo grelnega

medija. Najprimernejše je talno ogrevanje, kjer zadostuje režim 40/30 °C. V tem primeru

lahko namesto klasičnega kotla kot generator toplote uporabimo toplotne črpalke. Čim

manjša je temperatura predtoka, tem boljše je grelno število toplotne črpalke. Pri uporabi

novih tehničnih rešitev je zelo pomembna tudi zaščita okolja, zato se kot delovno snov

oziroma hladilno sredstvo največ uporablja brezfreonsko hladivo R 407 C in R 134 a.

Glede oblike poznamo dve izvedbi toplotnih črpalk. V kompaktni izvedbi sta toplotna

črpalka in hranilnik toplote (vode) v enem sklopu. V primeru, da je toplotna črpalka ločena

od hranilnika vode, pa imenujemo takšno izvedbo ločena izvedba.

Glede na obratovanje poznamo dva načina obratovanja toplotnih črpalk in sicer

bivalentno obratovanje in monovalentno obratovanje.

Kadar je toplotna črpalka za ogrevanje objekta in tople sanitarne vode instalirana

dodatno h kotlu centralne kurjave, imenujemo tak način obratovanja bivalenten. Dejansko

pa ločimo tri načine bivalentnega obratovanja v kombinaciji s toplovodnim kotlom in sicer,

bivalentno alternativno, bivalentno vzporedno in bivalentno delno vzporedno. Tako lahko s

pomočjo regulacije izbiramo poljubno obratovanje pri določenih zunanjih temperaturah.

Pri bivalentnem vzporednem obratovanju pa imamo dva neodvisna generatorja toplote, ki

se v primeru izpada enega nadomeščata.

Pri monovalentnem načinu obratovanja toplotna črpalka deluje samostojno in tako

pokrije celotne zahteve po toplotni energiji skozi celotno ogrevalno sezono.

Pri načrtovanju za vgradnjo toplotne črpalke je ključnega pomena vir toplote. Grelno

število toplotne črpalke je namreč odvisno od temperature, pri kateri črpamo toploto. Pri

tem pa je še potrebno upoštevati temperaturni režim ogrevanja, letne energetske potrebe

objekta, zahtevan odstotek kritja energetskih potreb objekta s toplotno črpalko in za kakšen

objekt je predvidena toplotna črpalka (za novogradnjo ali obstoječi objekt). Med

najpogostejše vire sodijo zunanji zrak, odpadni zrak prezračevalnih sistemov, površinske

vode, podtalnica, zemlja ter energetske vrtine. Poudarek bo temeljil predvsem na zraku in

vodi kot viru toplote, čeprav se toplota zemlje (tabela 3) lahko tudi koristno izrabi. Sloji

zemlje imajo namreč na globini 15 m skoraj konstantno temperaturo približno +15 °C.


Tabela 3: Povprečni odvzem toplote zemlje

Vrsta zemlje Odvzem toplote iz tal

suha peščena tla 10 - 15

suha ilovnatna tla 15 - 20

vlažna ilovnatna tla 25 - 30

močvirna tla 30 - 35

granit 60 - 65

Toplota zemlje se koristi tako, da se v izkopani kanal položi kolektor (slika 23)

zaprtega sistema. V ceveh kroži delovno sredstvo, ki ga zemlja ogreje za nekaj stopinj.

Sistem je izveden tako, da izkoriščanje toplote ne vpliva na floro. Podoben sistem se vgradi

za izkoriščanje toplote kamenin (energetske vrtine). Ta vir toplote je zanesljiv vendar drag.

Globina in premer ene ali več energetskih vrtin sta odvisni od potrebe objekta po ogrevanju

in moči vgrajene toplotne črpalke.

Slika 23: Zemeljski kolektor v kombinaciji s toplotno črpalko


Zrak je neizčrpen in je povsod na voljo, vendar je potrebno upoštevati, da se moč

toplotne črpalke kljub razvojnim dosežkom, z upadanjem temperature zunanjega zraka

znižuje. Pri zelo nizkih temperaturah je bilo pri klasičnih toplotnih črpalkah »stare

generacije« zrak/voda potrebno zagotoviti dodaten vir ogrevanja. Zaradi nizkih temperatur

uparjalnika se na uparjalnikih kondenzira vlaga, ki zamrzne v plast sreža. Nastali srež

prepreči pretok zraka skozi uparjalnik in s tem dotok novega zraka, zato je delovni proces

toplotne črpalke v takem primeru moten ali pa v določenih primerih nemogoč. Odmrznitev

z vročimi parami ali električnim grelcem je rešitev, vendar se učinkovitost toplotne črpalke

zaradi tega zniža. Izkoriščanje toplote zunanjega zraka je idealno posebno v objektih brez

radiatorskega ogrevanja, torej pri ogrevanju z električno energijo.

Poleg črpalk, ki izkoriščajo toploto zunanjega zraka, lahko koristimo tudi toploto

notranjega zraka. Primerna mesta so na primer v kleti, kjer želimo vzdrževati stalno

temperaturo +3 °C, ali podstrešje, kjer redko pade temperatura zraka pod 0 °C.

Za ogrevanje sanitarne vode se uporabljajo toplotne črpalke zrak/voda ogrevalne moči

od 2 do 3 . Zmogljivost ogrevanja je do 1400 l vode na dan. Toplotna črpalka je

izvedena tako, da je nameščena na grelnik vode. Če je črpalka v ločeni izvedbi, se

hranilnik vode in črpalka povežeta z vodovodnimi cevmi. Za cirkulacijo vode je potrebno

vgraditi obtočno črpalko, ki jo upravlja termostat vgrajen v hranilnik vode. Glavna

prednost toplotne črpalke je v tem, da ima tri krat manjšo porabo električne energije kot

klasični električni grelec. Vodo segrevamo maksimalno na 55 °C, kar pomeni manjše

toplotne izgube v hranilniku toplote in na ceveh, prav tako pa manjše nalaganje vodnega

kamna na ogrevalne površine. Velik volumen hranilnika energije omogoča delovanje

toplotne črpalke na cenejši tarifi električne energije. Sistem voda/zrak pa se uporablja za

ogrevanje zraka v primerih, ko je hlajeni medij tekočina (vino, olje, tehnološka voda).

Klimatske naprave je tudi možno uporabiti kot toplotne črpalke, vendar klimatske

naprave omogočajo običajno delovanje samo do temperature zunanjega zraka +5 °C ob

nižjem grelnem številu. Toplotno črpalko pa lahko s preklopom v reverzibilno delovanje

uporabimo za hlajenje objekta. Izkoriščanje toplote prezračevalnih sistemov je primerno na

objektih, ki imajo urejeno prisilno prezračevanje preko zračnih kanalov. Ker je v takih

objektih poraba energije za ogrevanje svežega zraka do približno 45 % skupne letne rabe

za ogrevanje, je z izrabo odpadne toplote prezračevanja mogoče doseči znatne prihranke.

Odvisno od količine zraka in velikosti objekta je mogoče odpadno toploto uporabiti za


ogrevanje vstopnega svežega zraka, za ogrevanje sanitarne vode in ogrevanje objekta. S

pravilnim dimenzioniranjem toplotne črpalke lahko ohladimo zrak iz prezračevalnega

sistema z dodatno regulaciji tudi do +1 °C. S tem so doseženi dobri delovni pogoji za

toplotno črpalko in znatni prihranki.

Ogrevanje s toploto površinskih voda ne predstavlja velikega posega, seveda pa mora

biti izpolnjen pogoj, da je v bližini na razpolago primerna površinska voda. Voda se v

jezerih, počasi tekočih rekah in morjih preko pomladi in poletja ogreva, pozimi pa počasi

ohlaja. Na podlagi tega se uporablja zaprt sistem odvzema toplote. Kolektor položimo na

dno vodnega zajetja, jezera ali druge vodne površine, njegovo dolžino pa prilagodimo

energetskim potrebam objekta. Sistem je zasnovan na kroženju nestrupenega sredstva, ki

ga z obtočno črpalko vodimo od kolektorja, v katerem se za nekaj stopinj ogreje, do

toplotne črpalke, ki mu toploto odvzame. Sistem obratuje tudi, ko se temperatura vode

približuje ničli. Ta sistem deluje tudi pri nas, v bližini Ljubljane. V švicarskem mestu

Kuflnacht, ki leži ob jezeru, je inštalirano pet toplotnih črpalk voda/voda, ki služijo za

pogon toplotne centrale moči 152 . Sesalne plastične cevi so premera 250 mm in

dolžine 50 m. Črpalke pa imajo pretok 2 x 36 . Voda ohlajena za približno 2 °C se

vrača nazaj v jezero. Temperatura v jezeru v celem letu nikoli ne pade pod +8 °C. Vgrajeni

so trije hranilniki toplote volumna 5000 l. Sistem ogreva 20 stanovanj pri

nizkotemperaturnem režimu 40/30 °C. Za toplo sanitarno vodo je v vsakem stanovanju

vgrajen hranilnik toplote volumna 300 l. Sistem je v pogonu štiri leta in že prvo leto je

upravičil pričakovanja in vložena sredstva.

Sistemi s podtalnico (slika 24) so odprti sistemi, zato je najnižja temperatura vode, ki

jo še lahko uporabljamo + 3 °C. Pri nas v glavnem uporabljamo podtalnico s temperaturo

od 8 °C do 12 °C. Pri tem sistemu talno vodo s pomočjo potopne črpalke vodimo skozi

uparjalnik. Uparjalnik hladi talno vodo, kar pomeni, da ji odvzame toploto. Tako

pridobljena toplota v uparjalniku prestopi na delovno snov oziroma hladilno sredstvo. S

pomočjo električne energije, ki jo potrebujemo za pogon kompresorja, stisnemo hladilno

sredstvo na višji tlačni in temperaturni nivo. V kondenzatorju hladilno sredstvo prenese

toploto na greto vodo. Razmerje med uporabno energijo ter vloženo električno