Toplotna črpalka je narejena kot zaprt sistem, v katerem se pretaka posebna tekočina ali zrak, ki glede na obstoječo zunanjo temperature in tlak spreminja agregatno stanje. Ta se glede na okolico spreminja s tekočega v plinasto agregatno stanje in obratno. Zaprt sistem črpalke je sestavljen iz kompresorja, kondenzatorja, ekspanzijskega ventila in uparjalnika. Kondenzator in uparjalnik sta izmenjevalca toplote, po njihovih ceveh se pretaka posebna tekočina ali zrak. Kompresor toplotne črpalke ustvarja razliko v tlaku, ki omogoča ponavljanje ciklov – to pomeni, da kompresor poriva tekočino skozi uparjalnik, kjer ta prehaja iz tekočega v plinasto agregatno stanje pod nizkim pritiskom in hkrati absorbira toploto. Nato to tekočino oz. zrak stisne in ga pošlje v notranjost kondenzatorja, kjer kondenzira – prehaja nazaj v tekoče stanje pod visokim pritiskom, ob tem pa oddaja toploto, ki jo je prej absorbiralo. Ob procesu oddajanja toplote se tako dodatno ustvarja termična energija.
V svoji funkciji toplotna črpalka torej:
• porablja električno energijo zaradi kompresorja
• absorbira toploto v uparjalniku iz medija, ki ja črpalka uporablja (voda ali zrak)
• oddaja toploto v kondenzatorju
Toplotna črpalka ima veliko prednosti uporabe, saj ima zmogljivost, da lahko proizvaja več termične energije (toplota oddana kondanzatorju) kot porabi električne energije, ki je sicer nujna za delovanje kompresorja.
Koefeicienti učinkovistosti toplotnih črpalk so odvisni od tipa črpalke in od pogojev delovanja. Večinoma se ta koeficient giblje okoli štiri – to pomeni, da naj bi za 1KWh porabljene električne energije pridobili 4 Kwh termične energije – toplote za ogrevanje. Že na videz racionalen aspekt glede na tehnično izvedbo, še bolj pa glede na ekonomske vidike, saj so fosilna in druga goriva vse dražja. Uporaba toplotne črpalke za klimatizacijo prostorov (tako zimsko ogrevanje kot poletno hlajenje) je najbolj ugodna, saj se nam taka investicija najprej povrne.
V poletnih dneh se cikel delovanja črpalke obrne tako, da se spremeni dotok toplega zraka (z notranjosti proti zunanjosti objekta) in tako skrbi za ohlajevanje in razvlaževanje prostora. Koeficient učinkovitosti črpalk, ki uporabljajo kot medij zrak, se zelo zmanjša, ko je potrebno delovanje v zimskih dneh, kadar je temperature nižja od -5 stopinj celzija. V teh primerih je najboljša uporaba geotermičnih toplotnih črpalk, ki kot oddajnik toplote izkoriščajo toploto zemlje, katera je konstantna preko celega leta. S tem je koefecient učinkovitosti boljši in konstantnejši, dražji pa je nakup črpalke in njena montaža.
Pri izbiri toplotne črpalke se zaradi različnih načinov delovanja posvetujte s strokovnjakom. Tako boste najlažje izbrali tisto, ki bo glede na vaše zahteve in zmožnosti najbolj primerna.