|
|
|
Princip tepelného čerpadla
Typy a provedení tepelných čerpadel
Důvody pro vytápění tepelným čerpadlem
Často kladené otázky o tepelných čerpadlech
Pro naprosté laiky
Tepelné čerpadlo pracuje podobně jako chladnička, která odebírá teplo potravinám - chladí - a v zadní části lednice - topí.
Rozdíl je pouze v tom, že tepelné čerpadlo pracuje na opačném principu s mnohem větším výkonem.
Odebírá teplo vodě, vzduchu nebo zemi, a pomocí radiátorů nebo podlahového vytápění vytváří teplo.
Pro technické nadšence
Princip tepelného čerpadla je nejlépe zřetelný z následujícího schématu:
První fáze - Vypařování:
Chladivo kolující v tepelném čerpadle odebírá teplo ze vzduchu, vody nebo země, čímž změní skupenství z kapalného na plynné a následně se odpařuje.
Druhá fáze - Komprese:
Kompresor tepelného čerpadla prudce stlačí plynné chladivo ohřáté o několik stupňů, a díky fyzikálnímu principu komprese (při vyšším tlaku stoupá teplota), jako teplotní výtah znásobí malý přírůstek tepla na vyšší teplotní hladinu, která se pohybuje kolem 80°C.
Třetí fáze - Kondenzace:
Zahřáté chladivo předá pomocí druhého výměníku teplo vodě v radiátorech, následně se ochladí a zkondenzuje. Radiátory získané teplo vyzáří do místnosti a ochlazená voda v topném okruhu putuje nazpět k druhému výměníku pro opětovné ohřátí.
Čtvrtá fáze - Expanze:
Chladivo putuje průchodem přes expanzní ventil nazpátek k prvnímu výměníku, kde se opět ohřeje.
Tento koloběh se neustále opakuje.
Obecně lze rozlišit tepelná čerpadla na tři základní typy:
Pochopení těchto zkratek není vůbec obtížné. První slovo určuje, odkud získáme teplo, které chceme použít pro vytápění. Druhé nás informuje, kde se předává teplo získané z okolí. Jak je zřejmé, ve všech případech končí teplo ve vodě, která pak vyhřívá vaše radiátory, podlahy, bazény či jiná zařízení, dle vašich individuálních požadavků. Princip tepelných čerpadel tedy není nijak složitý.
Historie tepelných čerpadel
Základní myšlenku, týkající se principu tepelného čerpadla, vyslovil Lord Kelvin již v roce 1852 ve své druhé termodynamické větě. Pro pochopení funkce čerpadla je nejdůležitější část, ve které se hovoří o způsobu šíření tepla, jelikož za všech okolností se jedná o směr od teplejší ke studenější části.
První tepelné čerpadlo
Bylo sestrojeno v podstatě náhodou americkým vynálezcem Robert C. Webberem na konci čtyřicátých let minulého století. V okamžiku, kdy prováděl pokusy s hlubokým zamrazením, dotkl se omylem výstupního potrubí mrazícího přístroje a popálil si dlaň.
Této náhodě vděčíme za odhalení funkce tepelného čerpadla. Webber následně propojil výstup z mrazáku s bojlerem na teplou vodu. Jelikož měl stále přebytek tepla, napojil horkou vodu na potrubní smyčku a pomocí malého větráku začal vhánět teplý vzduch do domu. Následně zkusil úspěšně čerpat teplo ze země pomocí zemních kolektorů. Výsledky ho natolik příjemně překvapily, že v následujícím roce prodal svůj starý kotel na uhlí :)
Bezkonkurenčně nízké provozní náklady:
Princip chladícího cyklu:
Výhodná elektro sazba:
Bezobslužný provoz
Nehrozí žádné nebezpečí vznícení nebo otravy oxidem uhelnatým
Zdroj šetrný k životnímu prostředí
Tepelná čerpadla jsou elektrická zařízení fungující na podobném principu jako domácí chladnička, ale v obráceném principu.
U chladničky čerpáme teplo z vnitřního prostoru do venkovního, kde se přenáší do okolního prostoru.
Tím uvnitř nastává chlad (odběr tepla) a v zadní části se lednice zahřívá díky teplu, které odebírá z vnitřku lednice a předává do okolí.
Tepelná čerpadla využívají venkovního nízkopotenciálního tepla, k ohřátí chladiva a dále - prostřednictvím výměníku - vody v topném systému budovy.
Energie nutná k provozu čerpadla je mnohem menší než teplo, se kterým daný prostor zahříváme.
Znamená to, že se tím snižují náklady nutné na vytápění - přírodní teplo je zdarma.
Navíc, při provozu tepelného čerpadla nevznikají žádné nebezpečné zplodiny, ani jiné vedlejší produkty, které by zamořovaly přírodu.
Topení tepelným čerpadlem je nejen levné, ale také ekologické!
Jako podporu ekologického způsobu vytápění poskytuje ČEZ velice výhodnou sazbu.
Takže proud v celém objektu bude levnější, nejen pro vytápění, ale pro kompletní provoz domácnosti nebo firmy.
Ovládání je velice jednoduché, po instalaci zařízení hlídá teplotu v objektu termostat, který je umístěn v referenční místnosti.
Odpadá tedy jakákoliv složitá manipulace, jedná se o zcela bezobslužný provoz.
Tepelné čerpadlo jako alternativní zdroj energie
Vzduch, země, voda – tři nejdůležitější součásti našeho života. V budoucnu pro nás mohou znamenat ještě více.
Jsou totiž, aniž bychom si to mnohdy uvědomovali, zdrojem velikého množství tepelné energie.
Teplo z přírodního prostředí je však pro svou nízkou teplotu běžným způsobem nevyužitelné.
Přitom je více než sto let známo řešení, jak toto teplo účelně využívat. Je jím tzv. tepelné čerpadlo, které ale až se zvyšujícími se cenami energií, i díky generačním skokům ve vývoji jeho komponentů, nabylo na významu.
Zejména od sedmdesátých let minulého století nachází tepelná čerpadla stále větší uplatnění.
Tepelné čerpadlo dokáže odebírat jinak nevyužitelné teplo z přírodního prostředí a pomocí elektrické energie ho umí převést na teplo vhodné pro vytápění, přípravu teplé vody i další účely.
To vše hospodárně a zejména u systémů využívajících tepelnou energii ze vzduchu zcela neškodně pro životní prostředí.
Tepelné čerpadlo je energeticky a ekonomicky nejvýhodnější
Z principu tepelného čerpadla vyplývá, že jeho topný výkon je vždy větší než jeho elektrický příkon.
Poměr topného výkonu a elektrického příkonu, tzv. topný faktor, je tedy vždy větší než jedna.
Za informativní můžeme pokládat hodnotu 3. Použijeme-li tedy tepelné čerpadlo jako zdroj tepla pro vytápění či ohřev vody, znamená to, že z 1 kWh odebrané elektrické energie čerpadlo "vyrobí" asi 3 kWh energie tepelné, za vhodných podmínek i více.
Tím se výrazně snižuje spotřeba energie a provozní náklady na vytápění, ohřev vody i celkové náklady na energie ve vytápěném objektu.
Energetická výhodnost tepelného čerpadla vyjádřená topným faktorem bude tím větší, čím vyšší bude teplota zdroje přírodního tepla a s čím nižší teplotou topného média bude tepelné čerpadlo pracovat.
Tepelné čerpadlo je ekologické – šetrné k životnímu prostředí
Znečištění životního prostředí a nedostatek primárních energetických zdrojů se v současné době stávají celospolečenskými tématy, jimž věnujeme stále větší pozornost.
Negativní průvodní jevy příznivě ovlivní každý, kdo usiluje o snížení energetické náročnosti svého domu.
Právě tepelná čerpadla představují jednu z možností jak toho dosáhnout.
Tepelná čerpadla v porovnání s klasickými zdroji tepla, např. kotli na tuhá paliva, zemní plyn či topný olej, šetří primární energetické zdroje a přímo či nepřímo snižují tvorbu škodlivých emisí.
Vedle toho snižují i tepelnou a tedy opět ekologickou zátěž okolního prostředí, která je průvodním jevem vytápění.
Rozhodnutí o pořízení tepelného čerpadla přináší tedy nejen výhody ekonomické, ale je také velkým přínosem pro zlepšení našeho životního prostředí.
Proč si pořídit tepelné čerpadlo jako zdroj vytápění?
Tepelné čerpadlo je a vždy bude nejlevnějším způsobem vytápění elektrickou energií.
Při nesrovnatelně vyšším komfortu jsou provozní náklady srovnatelné s topením dřevem, protože tepelná čerpadla pracují zcela automaticky.
Roční provozní náklady na vytápění se po instalaci tepelného čerpadla sníží o 50 až 70% oproti použití zemního plynu nebo přímotopného čí akumulačního vytápění.
Při provozu nevznikají žádné exhalace, zdroj je šetrný k životnímu prostředí. Nehrozí tedy zatížení tohoto způsobu vytápění ekologickou daní, jak se zamýšlí u tuhých paliv a plynu.
Obvyklá doba návratnosti investice je cca 3 – 6 let .Vyšší pořizovací náklady jsou kompenzovány nízkými provozními náklady.
Budete nezávislí na cenách energií, jakékoliv zdražování se vás dotkne pouze minimálně, přímá spotřeba energie je velmi nízká, teplo je čerpáno zdarma z přírody.
Po uvedení tepelného čerpadla do provozu přidělí rozvodné společnosti velmi výhodnou dvoutarifní sazbu dodávky elektrické energie nejen pro zdroj vytápění, ale pro všechny elektrické spotřebiče v domácnosti.
Komfortní a bezobslužný provoz zajistí tepelnou pohodu v daném objektu.
Provoz tepelného čerpadla je zcela bezpečný, nehrozí výbuch, vznícení nebo otrava oxidem uhelnatým.
Co je to topný faktor?
Výkon tepelného čerpadla je dán součtem energie odebrané z okolního prostředí a elektrické energie dodané pro pohon kompresoru.
Rozdíl mezi energií dodanou a získanou udává takzvaný topný faktor.
U tepelných čerpadel se jeho hodnota pohybuje v poměru mezi dvěma a půl až čtyřmi jednotkami získané energie ku jedné dodané.
Samozřejmě platí, že čím je číslo větší, tím je provoz tepelného čerpadla efektivnější a tím více šetříte.
Kde se tedy vzal poměr jedna ku třem?
Pro lepší porovnání se uvádí u jednotlivých čerpadel průměrný topný faktor.
A to je právě ona trojka. V teplém létě bývá topný faktor vyšší. Vodu tak ohříváme velmi levně. Naopak během mrazivých dnů se zhoršuje a například u některých čerpadel dosahuje poměru jedna ku dvěma.
Při vysokých mrazech kolem mínus dvaceti stupňů vytápění zajišťuje náhradním zdroj, zpravidla elektrokotel, který bývá součástí čerpadla.
Období, kdy se topí pouze elektrokotlem ale bývá v České republice velmi krátké, počítá se pouze na dny a na celkových nákladech se podílí jen jednou desetinou.
Navíc i v tomto období člověk využívá zvýhodněné sazby elektrické energie.
Co je to bivalentní zdroj?
Tepelné čerpadlo vzduch-voda využívá obnovitelnou energii okolního vzduchu.
Při nižších venkovních teplotách topný výkon klesá, proto je vhodné doplnit tepelné čerpadlo druhým zdrojem tepla (např. elektrokotel).
Jak požádat o zvýhodněnou sazbu elektrické energie?
O sazbu pro vytápění TČ můžete požádat na PRE nebo ČEZu, kde obdržíte potřebné formuláře (lze stáhnut i z jejich webů).
Majitelé tepelných čerpadel odebírají elektřinu podle cenově výhodné sazby Komfort TČ 22 (dříve D 55 nebo D 56), kdy mají energii k dispozici dvaadvacet hodin denně za nízký tarif.
Také vysoký tarif (zbylé dvě hodiny denně) je zde mnohem levnější.
Jaká je životnost tepelných čerpadel?
Srdcem tepelného čerpadla je kompresor.
Ten je zároveň nejvíce namáhanou částí a jeho životnost se udává kolem 15 let.
Pak lze provést generální opravu chladícího okruhu a provozovat zařízení dál.
Obecně životnost tepelného čerpadla závisí na místních klimatických a provozních podmínkách a kvalitě provedené instalace.
Hodí se tepelné čerpadlo pro můj otopný systém?
Tepelná čerpadla potřebují pro svoji optimální činnost pracovat s teplotou v otopném systému do 55°C.
Velmi dobré je jejich spojení s podlahovým vytápěním. U radiátorového vytápění odborníci (projektanti topení) doporučují teplotní spád 50/40°C.
Pro podlahové vytápění je teplotní spád topné vody mnohdy nižší a to i 30/25°C.
Máte stávající otopný systém (např. radiátory a elektrický kotel – plynový kotel) a potřebujete se ujistit, zda při instalaci tepelného čerpadla bude doma tepelná pohoda a jaké budou náklady na energie?
Zákazníkům doporučujeme následující test:
Poznámka:
Větší útlum není u zdroje tepla, který kryje tepelné ztráty a nemá značnou tepelnou výkonovou rezervu žádoucí. Výsledkem je vyšší spotřeby energie na vytápění při nižší tepelné pohodě především z rána.
Jaký výkon má mít mé tepelné čerpadlo? Jak jej vypočítám?
Tepelná čerpadla se navrhují dle tzv. tepelných ztrát. Tepelné ztráty (potřeba tepla) objektu se mění s venkovní teplotou.
Projektanti otopných systému počítají tabulkově tepelné ztráty dle oblasti (například Brno má výpočtovou oblast -12°C, ale Žďár má už výpočtovou oblast -15°C).
Ten stejný rodinný dům může mít v jiné oblasti jiné tepelné ztráty, tzn. potřebuje jinak výkonné tepelné čerpadlo.
Vypočítané tepelné ztráty, tedy předpokládaná spotřeba energie, závisí však i na požadavku investora na vnitřní teplotu v objektu.
Je nutné si uvědomit, že každý stupeň navíc představuje 6% výkonu zdroje.
Doporučujeme projektanta seznámit s Vámi požadovanými teplotami v jednotlivých místnostech, jelikož tabulkově stanovené výpočtové teploty v obytných místnostech jsou pouze 20°C.
Ve výkonu tepelného čerpadla je vhodné zohlednit, zda bude předehřívat i teplou užitkovou vodu či natápět venkovní nebo vnitřní bazén.
Tepelná čerpadla by měla dimenzovat zkušená osoba (například projektant topení).
Zásobník na užitkovou vodu? Jaký má mít objem?
V této oblasti se velmi těžko radí. Záleží to na daných požadavcích obyvatel domu.
Někomu stačí 15 l teplé vody na osprchování a někomu nestačí 200l zásobník.
Z praxe můžeme poradit to, že 200l zásobník pro čtyřčlennou s hospodárným nakládáním teplé vody postačuje.
Máte-li však vyšší požadavky, doporučujeme použití 300l zásobníku. Větší objem zásobníku umožní uhřev užitkové vody na nižší teplotu místo 55°C např. 48°C.
Tím, že dáte zásobník většího objemu 300l místo 200l, tak docílíte menších nákladů na samotný ohřev užitkové vody.
Dále si tímto řešením otvíráte cestu k maximálnímu využití např. budoucího solárního systému.
Kam by bylo vhodné umístit venkovní výparník? Existují omezení?
Výparníky vzduchových tepelných čerpadel by měly být umístěny u stěn, nikoliv na volném prostranství, kde dochází k jejich nadměrnému ofukování venkovním vzduchem nebo zavátí sněhem.
Vzhledem k velkému množství vody, vznikající při odmrazování lamel (kondenzátu) nedoporučujeme dávat výparníky na balkony, střechy a do blízkosti cest a chodníků. (obrázek výparníku na firmě).
Vhodnější je umístění výparníků k jižním stranám a blízko k vnitřní části tepelného čerpadla.
Dále je zapotřebí dbát na dodržení hladiny hluku vzhledem k sousednímu pozemku – domu.
Proto zkuste najít vhodné místo a požadujte od prodejce protokol o hladině hluku (protokol o hlučnosti venkovního výparníku).
Na jakou tepelnou pohodu chci vlastně vytápět můj dům?
Vám investorům je jasné, že teplota v místnostech pro bydlení by měla být 22 až 23°C.
Jenže háček je v tom, že výpočet tepelných ztrát je obyčejně vypočítán podle normy.
Norma předpokládá s tepelnou pohodou v obytných místnostech 20°C.
Pokud vyžadujeme jeden stupeň tepelné pohody nad rámec vypočítané, tak to znamenám +6% energií navíc.
V praxi to znamená to, že dům s vypočítanou tepelnou ztrátou podle normy má tepelné ztráty např. 10kW a ve skutečnosti to může být i 12kW.
Stačí jen vytápět dům na tepelnou pohodu 23°C místo 20°C, jak se počítá podle normy.
Doporučujeme před samotným zahájením výpočtu tepelných ztrát s projektantem odsouhlasit a definovat tepelnou pohodu v jednotlivých místnostech.
S jakým tepelným čerpadlem ušetřím na provozu nejvíce?
Pomineme-li typ tepelného čerpadla, tak rozhodně to bude tepelné čerpadlo s řízeným výkonem.
Co to v praxi znamená?
Tepelné čerpadlo je vybaveno frekvenčním měničem, který řídí otáčky chladícího kompresoru, tím pádem samotný tepelný výkon tepelného čerpadla.
Tento typ tepelného čerpadla umí pracovat přesně podle žádané spotřeby tepelné zátěže domu.
Jak regulovat topení v domě při zachování tepelné pohody s minimálními náklady na vytápění?
Vytápění domu je možné srovnat s provozem auta na dálnici (pokud je průjezdná).
Čím plynulejší udržujete jízdu, tím šetříte jak samotné auto, tak náklady na naftu nebo benzín.
Pokud provozujete tepelné čerpadlo pro vytápění domu a máte nastavenou regulaci tak, že pro noční útlum máte teplotu v domě sníženou o 5°C nebo dokonce zdroj tepla na noc vypínáte, pak se probouzíte do chladného domu a tepelná pohoda je docílena až v dopoledních hodinách.
Tepelné čerpadlo jede stále a dosáhnete zvýšení provozních nákladů až o 30%.
Toto tvrzení však nemusí platit u nízko energetických domů (tepelné ztráty 3 až 5 kW).