Princip rada uređaja otkriven je još davne 1824. godine. Prvi uređaj koji je koristio takav sistem rada nastaje 1834., a prvi kompaktni rashladni uređaj 1855. godine. U 1910. pojavljuje se prvi hladnjak, a 1927. prvi klima uređaj. Svim ovim uređajima zajedničko je da rade po istom principu kao i toplinska pumpa, uz jednu najvažniju razliku –onu u smjeru protoka plina.

Princip rada temelji se na promjeni agregatnog stanja medija iz plinovitog u tekući ili iz tekućeg u plinoviti. Kako bi medij prešao iz tekućeg u plinovito stanje, potrebna mu je energija (toplina) koju uzima iz okoliša koji se pritom hladi dok se plin grije. Kod ukapljivanja plina dolazi do obrnute reakcije: grije se okolina, a plin hladi (klima, hladnjak – vani grije, a unutra hladi).

Vrste uređaja

Uređaj može uzimati energiju iz zraka (sistem zrak – voda), vode (sistem voda - voda) ili iz zemlje (sistem zemlja – voda, odnosno rasolina - voda). Zbog uzimanja energije iz okoliša, toplinsku pumpu možemo nazvati ekološkim sistemom koji koristi obnovljive izvore. Kod nas se najčešće koristi sistem zrak - voda te ću njega malo detaljnije opisati, s tim da je princip rada isti za sve uređaje.

Princip rada toplinske pumpe

Sam uređaj sastavljen je od pet osnovnih dijelova: isparivača, kompresora, kondenzatora, ekspanzijskog ventila i medija (najčešće plina).

Kada uređaj radi u modu za zagrijavanje prostora u vanjskoj jedinici, koja je u tom slučaju isparivač, medij oduzima toplinu zraku i iz tekućeg stanja prelazi u plinovito, kruži kroz sistem te u plinovitom stanju dolazi do kondenzatora kojem predaje toplinu vodi (za grijanje), na taj način prelazi u tekuće stanje.

Taj ohlađeni medij putuje do ekspanzijskog ventila gdje se promjenom promjera prolaza (iz manjeg u veći) gubi tlak te medij iznova, prije ulaska u ispravač, prelazi u plinovito stanje. U isparivaču se grije oduzimajući toplinu iz okoline, zatim ulazi u kompresor koji ga dodatno sabija i zagrijava te proces počinje ispočetka. Učinkovitost sistema je omjer između uložene energije za rad kompresora i dobivene energije koja je predana u kondenzatoru prema potrošaču.

Kod hlađenja sistem rada je isti, jedino što plin kruži u drugom smjeru, odnosno isprivač je sada smješten u unutrašnjoj jedinici (uzima toplinu iz vode koju hladi i prelazi u plinovito stanje), a vanjska jedinica je kondenzator (predaje toplinu okolini i prelazi u „tekuću“ fazu ). 

Temperatura koju sistem može proizvesti ovisi o vrsti plina (npr. CO2 može do 90°C ), vrsti kompresora, vanjskoj temperaturi, te naravno kvaliteti samog uređaja.

Sistemi koji koriste vodu ili „zemlju“ za grijanje u principu su isti, ali kod vodenih postoji izmjenjivač kroz koji s jedne strane struji voda, a s druge medij iz pumpe, dok kod zemljanih postoji sistem s cijevima položenim vodoravno po zemlji, na dubini od oko 1,5 m (zemaljski kolektor), ili sa sondama u bušotinama dubine oko 100 m, kroz koje struji medij ili voda i koji opet preko izmjenjivača iz pumpe predaje energiju na medij.

Iskoristivost kod kvalitetnih sistema vrlo je visoka, te prelazi broj 5, što znači da na svaki kW uložene energije dobijemo 5 kW energije predane korisniku. Korisniku na godišnjoj razini predstavljaju znatno financijsko rasterećenje u odnosu na druge vrste grijanja. Obično su to sistemi s vrhunskom automatikom koji bez ikakvog problema rade točno prema Vašim željama.

Velika je prednost i električni priključak male snage (do 5 kW) koji može raditi u kombinaciji i s najmanjim limitatorom. Osim što pruža mogućnost hlađenja, također grije toplu vodu sa četiri do pet puta manjim troškom od klasičnog grijanja strujom.

Naravno da ovakvi sistemi imaju i poneku manu koja se u prvom redu manifestira relativno niskom temperaturom pogona koja dostiže do 60°C (sistemi s većom temperaturom dosta su skupi) i koja često nije dostatna za zagrijavanje starih objekata bez izolacije. U tim je slučajevima potrebno dodatno grijanje koje odradi nekoliko dana godišnje.

Toplinske pumpe koje se proizvode dostižu snagu od nekoliko MW, no kućni modeli su do 20kW snage. Cijena je pritom relativna stvar jer se ovakav sistem vrlo jednostavno priključuje na osnovni strujni priključak (nema dodatnog troška), ima ugrađenu vrhunsku automatiku (ne treba ništa dokupiti osim za komplicirane instalacije), nije potrebna infrastruktura (spremnici za gorivo, dimnjak, spremišta za drvo ili pelet i sl.) i radi s minimalnom potrošnjom energije.

Sistem je isplativ vrlo brzo čak i u slučaju zamjene postojećeg, a kod novih građevina mu nema premca po isplativosti.

Kao i za svaku stvar koju sam do sada opisivao napominjem: ne kupujte opremu ako niste sigurni u kvalitetu i, što je još važnije, koja nema dobar i opskrbljen servis.