Toplotne črpalke so inovativni sistemi ogrevanja in hlajenja, ki temeljijo na izkoristku obnovljivih virov energije, kot so zrak, voda ali zemlja, za prenos toplote iz enega okolja v drugega. Delujejo na osnovi osnovnih načel termodinamike, ki omogočajo pretvorbo toplote iz nizke temperature v višjo temperaturo.
Osnovno delovanje toplotnih črpalk lahko razdelimo na štiri glavne korake:
1. Vhodna toplota: Toplotna črpalka pobere toploto iz okolja, imenovanega tudi vir toplote. Ta vir toplote je lahko zrak, podtalnica, zemlja ali voda, odvisno od tipa toplotne črpalke. Zrak se najpogosteje uporablja v zrak-voda in zrak-zrak toplotnih črpalkah, voda iz podtalnice ali iz površinskih vod pa v voda-voda toplotnih črpalkah, zemlja pa se uporablja v zemlja-voda toplotnih črpalkah. Vir toplote je naravno okolje, ki ima običajno višjo temperaturo od ciljnega ogrevalnega prostora v stavbi.
2. Pretvorba toplote: Ko toplotna črpalka pobere toploto iz okolja, jo pretvori v uporabno toploto. Za pretvorbo toplote se uporabljajo hladilna sredstva, ki imajo nizko vrelišče. Hladilno sredstvo se izhlapi in pretvori v plinasto stanje, pri čemer absorbira toploto iz okolja. Ta proces se imenuje izparevanje.
3. Stiskanje plina: Izparevalno hladilno sredstvo, ki je zdaj v plinastem stanju, se stisne s pomočjo kompresorja. Stiskanje plina poviša njegovo temperaturo in tlak, zaradi česar postane še bolj vroč. Plin se zdaj imenuje visokotlačni plin.
4. Oddajanje toplote: Visokotlačni plin se nato prenese v kondenzator, kjer oddaja toploto v ogrevalni sistem stavbe ali pripravo sanitarne vode. Ko plin oddaja toploto, se ohladi in se spet spremeni v tekoče stanje. Tekoče hladilno sredstvo se nato prenese v ekspanzijski ventil, kjer se razširi in spet postane nizkotlačni plin, pripravljen za naslednji cikel.
S tem postopkom toplotna črpalka prenese toploto iz okolja z nižjo temperaturo v ciljni prostor z višjo temperaturo, kar omogoča učinkovito ogrevanje prostorov v hladnih mesecih. V poletnih mesecih se lahko proces obrne, pri čemer toplotna črpalka odvaja toploto iz prostorov in omogoča hlajenje notranjosti stavbe.
Toplotne črpalke so energetsko učinkovit način ogrevanja in hlajenja, saj izkoriščajo obnovljive vire energije, ki so na voljo v okolju. Uporaba toplotnih črpalk lahko znatno zmanjša porabo energije za ogrevanje in hlajenje, kar vodi v prihranek pri stroških in zmanjšanje izpustov toplogrednih plinov, kar prispeva k trajnostnemu in okolju prijaznemu načinu ogrevanja in hlajenja prostorov.
