Tepelná čerpadla – základní pojmy a vztahy

Článek přináší vysvětlení termínů, se kterými se často setkáváme při poptávce po novém tepelném zdroji a jejichž intuitivní chápání by mohlo vést k zbytečnému nedorozumění. A pak také k zamítnutí tepelného čerpadla jako hříčky přírody a neověřené technologii. Což je určitě ke škodě věci. Jak je objasněno v příspěvku...

Článek přináší vysvětlení termínů, se kterými se často setkáváme při poptávce po novém tepelném zdroji a jejichž intuitivní chápání by mohlo vést k zbytečnému nedorozumění. A pak také k zamítnutí tepelného čerpadla jako hříčky přírody a neověřené technologii. Což je určitě ke škodě věci.

Jak je objasněno v příspěvku princip činnosti, jedná se o chladírenskou technologii využívanou k vytápění. Kondenzátor obyčejné chladničky se také zahřívá, tak proč teplo nevyužít k účelům vytápění?

Na základě tarifních statistik se v naší republice odhaduje již kolem 2.500 instalovaných tepelných čerpadel. Na druhé straně, s vidinou nárůstu poptávky se na českém trhu objevují noví a noví výrobci a dovozci. Bez nadsázky můžeme uvést, že v běžných výkonech pro rodinné domky je k dispozici výběr více než z tisíce výrobků.

Podobná situace je například v oboru plynových kotlů, kde je trh řekněme zaplaven množstvím značek a většina zákazníku již vybírá podle designu, povědomí o výrobci (prezentace, reklama, kvalita a dostupnost servisu služeb) a nebo na základě doporučení od uživatelů.

Tepelná čerpadla přinášejí na trh s tepelnou technikou mnoho nových pojmů. Pokusme se je nyní srozumitelně vysvětlit.

Tak jako chladnička odebírá teplo z potravin, i tepelné čerpadlo potřebuje něco ochlazovat. Potřebuje tedy zdroj tzv. nízkopotenciálního tepla. Tímto zdrojem například může být: voda, půda, vzduch

Teplo z vody pak získáváme buď přímo, tzn. čerpáme ji do výměníku primárního okruhu tepelného čerpadla (absorbér), nebo pomocí média, nejčastěji nemrznoucí kapalina, zvaná též solanka, která je napuštěna v PE trubkách (tzv. kolektor).

Co se týče zdroje půda, teplo je opět odebíráno za pomocí kolektoru. Pro jeho umístění máme dvě možnosti. Buď se jedná o plošný kolektor nebo kolektor umístěný ve vrtu. Pro plošné půdní kolektory hovoří skutečnost, že jejich instalaci (výkopy, natažení) můžeme zajistit svépomocí, což značně sníží náklady. Vrt je sice dražší, ale nezabírá plochu (montáž i v omezeném prostoru) a poskytuje stabilnější dodávku tepla. Orientační cena jednoho metru vrtu je kolem 1.000 Kč, ze sta metrů hlubokého vrtu lze odebrat kolem 5 kW tepla.

Obliba vzduchu jako zdroje tepla stále vzrůstá, neboť není zapotřebí kolektorů studní a podobně. Vzduch z okolního prostředí je přiváděn na výparník a pak ochlazován. Nevýhodou vzduchu na rozdíl od vody a půdy je však jeho proměnlivá teplota, která následně ovlivňuje výkon tepelného čerpadla. Výrobcům se však tuto otázku podařilo uspokojivě vyřešit.

Dostáváme se tak k dalšímu pojmu, a to k takzvanému topném faktoru tepelných čerpadel. Tepelné čerpadlo potřebuje dodávku energie (v naprosté většině elektrické) k pohonu kompresoru. Topný faktor je pak následně definován jako podíl tepla, které TČ dodá do otopné soustavy a příkonu kompresoru. Na první pohled jednoduchý vztah má však několik komplikací. Rozhodně nedoporučujeme vybírat TČ jen podle skutečnosti, to má topný faktor tolik a tohle menší, beru to s tím větším.

Výkon tepelného čerpadla závisí na tlakových poměrech a průtocích jak v otopné soustavě, tak i v primárním okruhu (na straně absorbéru). Topný faktor pak také souvisí z teplotou topné vody v otopné soustavě. Lze všeobecně říct, že na čím vyšší teplotu chceme topnou vodu ohřívat, tím větší vyžaduje kompresor příkon a tím menší je pak topný faktor (měřítko hospodárnosti).

Tepelné čerpadlo je v zásadě určeno k dodávce tepla do nízkoteplotních soustav. Tedy otopných systémů s náběhovou teplotou kolem 30 – 65oC (podle vlastností tzv. chladiva, není vhodné překročit teplotu kondenzace). Je nutné vědět že tepelná čerpadla oproti konvenčním zdrojům navýší při vysokém průtoku výměníky (jsou nutné k efektivnímu provozu a následné spotřebě) teplotu topné vody o pár stupňů (často uváděno asi 5). K tomuto provozu je pak nutné uzpůsobit i otopnou soustavu.

Pokud budeme chtít, aby tepelné čerpadlo zajišťovalo celkovou tepelnou potřebu, hovoříme o monovalentním provozu. Tento systém je vhodný pro TČ voda/voda, jelikož máme zdroj nízkopotenciálního tepla o stálých vlastnostech po celý rok. To znamená, že je zaručena stabilní dodávka energie. Tepelné čerpadlo je ovšem nákladná záležitost a jeho cena stoupá s výkonem. U naprosté většiny instalací není vhodné pokrývat celou potřebu energie pouze tepelným čerpadlem. Při nižších venkovních teplotách TČ pouze předehřívá topnou vodu, dohřev na požadovanou teplotu zajišťuje doplňkový zdroj. Tento provoz je nazýván bivalentní a venkovní teplota, při níž se spouští doplňkový zdroj je teplota bivalence. V praxi se obvykle dimenzuje tak, že TČ pokrývá 50 - 70 procent tepelné potřeby objektu. Zbytek dodávky zajišťuje doplňkový zdroj.

Pokud je takovým zdroje elektrokotel, hovoříme o monoenergetickém provozu. Zapojíme-li tepelný zdroj využívající jiného primárního paliva, jako plynový kotel nebo kotel na tuhá paliva, jedná se již o víceenergetický provoz. Jednotlivé zdroje se oddělují pomocí aku nádrže, neboť každý má jiné nároky na teplotu vratné vody a požadovaný průtok topné vody.

Výstupní teplota topné vody z TČ je omezena vlastnostmi chladiva. Je sice možné dosahovat až 65 st na výstupu, ale jen na škodu věci. Kompresor musí překonávat velký teplotní rozdíl mezi primárním zdrojem a topnou vodou, což má za následek vyšší spotřebu el. energie a tím i snížení účinnosti. Pořád sice dosahujeme topného faktoru kolem 2, což je stále levnější topení než elektrokotel, ale proč nevyužít vlastnosti TČ efektivněji?

Možností je přechod na nízkoteplotní vytápění. Smyslem je snížení celkové teploty topné vody a snížení teplotního rozdílu vstupní a výstupní vody ze systému. Výsledkem je úspora primárních paliv, protože se snižuje spotřeba energie pro ohřev topné vody. Množství předávaného tepla závisí na průtoku soustavou a ploše otopných těles. Čím více vody se za časovou jednotku „prožene“ otopnou soustavou, tím míň se topná voda ochlazuje a tím se zmenšuje spotřeba tepla pro ohřátí na požadovanou vstupní teplotu. Elektrická energie pro pohon čerpadla, které zajišťuje rychlejší oběh, je v řádu stovek wattů, zvyšování teploty topné vody v řádově v desítkách kilowatt. Radiátor je vlastně tepelný výměník vytápěný prostor/topná voda. Předávaný výkon je úměrný ploše radiátoru a střední teplotě topné vody. Snížíme-li teplotu, musíme zvětšit plochu radiátoru a to tak, aby byl předávaný výkon dostatečný.

Další možností je využití podlahového vytápění. Jeho princip a myšlenka je velmi jednoduchá. Snahou techniků bylo vytvořit systém, který pro účely vytápění využije podlahu. Ta je vlastně velkým monolitem se schopností akumulovat teplo. Problém byl, jak to teplo do podlahy dostat. Řešením se stal systém hadic nebo trubek, ve kterých proudí topná voda. Tato soustava se pak zalije betonem a je to. Limitujícím faktorem je omezený výkon na 1 m čtvereční. Maximální přípustná teplota podlahy se uvádí kolem 30oCelsia. Jako teplota vstupní se nejčastěji uvádí 35 až 45oC. Jelikož beton má značnou tepelnou setrvačnost a akumulační schopnosti, jsou tyto teploty dostačující.

Komentáře

Načítám komentáře...

  • Stavba
  • Autor:
  • Vydáno:

Doporučujeme

Hledáte spolehlivého zedníka?

Zadejte si poptávku v kategoriích: zedník,stavby,čerpadla.
Najdeme Vám ověřené firmy a řemeslníky s referencemi od zákazníků jako například: Kompletní rekonstrukce půdních prostor., Sádrokartony, podlahy, izolace, zednické práce, Fasádu RD vč. obložení kamenem .