Vytápěcí systém s tepelným čerpadlem - základní principy

Pokud se projektant, dodavatel TČ nebo celého vytápěcího systému, případně investor a provozovatel domnívá, že předchozí nerovnost je rovností, dopustí se řady chyb, které následně povedou jednak k provozním těžkostem, jednak k horšímu energetickému efektu vytápěcího systému s TČ. Odlišnost TČ a klasického zdroje...

Pokud se projektant, dodavatel TČ nebo celého vytápěcího systému, případně investor a provozovatel domnívá, že předchozí nerovnost je rovností, dopustí se řady chyb, které následně povedou jednak k provozním těžkostem, jednak k horšímu energetickému efektu vytápěcího systému s TČ.

Odlišnost TČ a klasického zdroje tepla
TČ potřebuje pro svůj provoz dva energetické zdroje: hnací, zpravidla elektrickou energii;
nízkopotenciální teplo; zajištění zdroje nízkopotenciálního tepla (NPT) představuje vždy určitý technický problém.

Parametry TČ – topný výkon a topný faktor – nejsou konstantními hodnotami, jsou výrazně závislé na vnějších podmínkách, teplotě zdroje nízkopotenciálního tepla (NPT) a teplotě topného média.

Zatímco teplotu NPT nemůžeme ovlivnit, teplotu topného média se snažíme ovlivnit tak, aby byla co nejnižší (a energeticky nejvýhodnější):
volbou otopné soustavy; např. podlahové vytápění umožňuje pracovat s nižší teplotou než velkoplošná radiátorová otopná soustava;

zapojením vytápěcího systému, které znemožňuje degradaci teplotní úrovně topného média.

Teplotní úroveň topného média je shora ohraničena. Ohraničení je dáno použitou pracovní látkou (chladivem) se kterou TČ pracuje a důvody pevnostními i energetickými. Maximální teplota u standardních TČ pro vytápění bývá 50 až 55oC. Maximální teplota nesmí být překročena.

Naproti tomu u klasického zdroje je ohraničení opačné. Aby nedocházelo k nežádoucí kondenzaci vlhkosti ve spalinách a následné korozi zařízení, musí tyto zdroje pracovat alespoň s určitou minimální teplotou. Minimální teplota by neměla být podkročena.

Dimenzování zdroje a provozní režim vytápěcího systému
Klasický zdroj ve vytápěcím systému má v převážné části otopného období (většinou i při vnější výpočtové teplotě) dostatečnou výkonovou i teplotní rezervu. Zdroj je zpravidla vždy do jisté míry „předimenzován“ (např. i tím, že výkon zdroje se volí jako „nejblíže vyšší k vypočtenému“). To obvykle platí i pro otopnou soustavu.

Pod pojmem výkonová rezerva rozumíme přebytek výkonu zdroje oproti potřebnému topnému výkonu, ekvivalentnímu aktuální tepelné ztrátě vytápěného prostoru. Pod pojmem teplotní rezerva rozumíme technicky možné a proveditelné navýšení teploty topného média nad teplotu, při které otopná soustava kryje aktuální tepelné ztráty.

Má-li zdroj dostatečnou výkonovou i teplotní rezervu, můžeme volit provozní režim vytápěcího systému s teplotními útlumy, tj. s určitým poklesem teploty ve vytápěném prostoru např. v noci, nebo v době nepřítomnosti lidí ve vytápěném prostoru. Takový provozní režim přináší určitou (malou) úsporu energie pro vytápění. Výkonová rezerva zajišťuje, že po aktivaci vytápění se do vytápěného prostoru může dodat větší množství tepla než odpovídá aktuální tepelné ztrátě a které je potřebné pro ohřátí „vychladlých“ stavebních konstrukcí. Teplotní rezerva zajišťuje, že i otopná soustava může potřebné větší množství tepla do vytápěného prostoru dodat. Obě tyto rezervy vedou ke zkrácení doby „zátopu“.

Aby bylo TČ ve vytápěcím systému optimálně využito, používá se vesměs tzv. bivalentní zapojení zdroje.

Bivalentní zapojení způsobuje, že samotné TČ nemá v období nejnáročnějším na vytápění žádnou, nebo má jen malou výkonovou a teplotní rezervu. Dá se také říci, že TČ je ve vytápěcím systému záměrně „poddimenzováno“. Z toho důvodu je nutné provozovat vytápěcí systém s TČ bez teplotních útlumů. Přesto takový provozní režim přináší – díky TČ – významnou (velkou, řádově v desítkách procent a zpravidla více než 50 %) úsporu energie pro vytápění. Pokud by se přesto útlum volil a pro urychlení „zátopu“ by se využíval přiřazený bivalentní zdroj (např. elektrokotel), úspora energie by se snížila.

Teplotní úroveň a průtočné množství topného média
Aby se eliminovala nevýhoda nižší teploty topného média pro návrh otopné soustavy, vytápěcí systém s TČ pracuje s menším pracovním rozdílem teplot topného média. To zajistí vyšší střední teplotu média a zvýhodňuje dimenzování otopné soustavy. Pro přenesení určitého topného výkonu se při menším pracovním rozdílu teplot musí použít větší průtok média. Oproti vytápěcímu systému s klasickým zdrojem bývá průtok zpravidla více než dvojnásobný. K tomu se musí přihlédnout při návrhu cirkulačních čerpadel, rozvodů i otopné soustavy.

Zapojení (koncepce) vytápěcího systému s TČ
Ve vytápěcím systému tvoří TČ (a celý bivalentní zdroj) zdroj tepla a otopná soustava (OS) tvoří odběr tepla. Zapojení vytápěcího systému musí splňovat dva základní požadavky. Průtok topného média tepelným čerpadlem musí být konstantní:
z důvodů energetických – při dané teplotě topného média vracejícího se z otopné soustavy snižování průtoku způsobuje zvyšování výstupní teploty z TČ a snižování topného faktoru,

z důvodů funkčních – případné snížení průtoku je provázeno zvětšením ohřátí topného média v TČ, respektive zvýšením výstupní teploty topného média

Průtok topného média otopnou soustavou může být proměnný:
buď plynule – např. při regulaci průtoku jednotlivými částmi (otopnými tělesy) termostatickými regulačními ventily;

nebo skokově – např. při zónování otopného systému se samostatnými cirkulačními čerpadly a samostatným provozem jednotlivých zón (např. podlaží).

Hydraulické zapojení vytápěcího systému se proto musí navrhnout tak, aby vyhovovalo oběma požadavkům.

Základní a nejčastěji používané hydraulické zapojení vytápěcího systému, splňující tyto podmínky, je schématicky znázorněno na obr. 1 a). Okruh je rozdělen na dvě samostatné větve, v jedné větvi je tepelné čerpadlo (zdroj), ve druhé větvi je otopná soustava (odběr). Do každé větve je vřazeno cirkulační čerpadlo, zajišťující průtok ve větvi. Obě větve jsou propojeny tzv. termohydraulickým rozdělovačem (THR), který je v tomto případě zapojen „čtyřtrubkově“. Při shodném průtoku v obou větvích je průtok rozdělovačem nulový. Při rozdílném průtoku se disproporce v průtoku vyrovnávají průtokem rozdělovačem. Zapojení podle tohoto schématu můžeme označit za vytápěcí systém s termohydraulickým rozdělovačem. Místo THR se v řadě případů musí použít stejně zapojená akumulační nádrž (AN). Důvody budou vysvětleny při popisu řízení vytápěcího systému s TČ.

Na tomto místě můžeme poznamenat, že zapojení s THR se používá i ve vytápěcích systémech s klasickým zdrojem tepla. Takové zapojení je schématicky znázorněno na obr. 1 b). Větev na straně zdroje může být doplněna termostatickým trojcestným ventilem, který zajistí, že teplota média ve zdroji nepoklesne pod mezní minimální hodnotu. Větev na straně odběru může být doplněna trojcestným směšovacím ventilem, který např. při podlahovém vytápění zajišťuje potřebnou (nižší) teplotu topného média pro otopnou soustavu.

Z porovnání obr. 1 a) a b) vyplývá i rozdílná funkce THR v obou zapojeních. Zatímco v zapojení podle obr. 1 a) THR zajišťuje hydraulickou „nezávislost“ větví po obou stranách, v zapojení podle obr. 1 b) THR zajišťuje teplotní „nezávislost“ větví po obou stranách. Jen zdůrazněm

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: Oprava chalupy, Stavba RD Praha , Kompletní rekonstrukce půdních prostor..