Jak snížit náklady na vytápění soukromého domu? Pro každého, kdo plánuje výstavbu příměstského bydlení, je to jeden z nejpalčivějších problémů. Odpovědí na to jsou tepelná čerpadla (TČ), která dokážou snížit náklady na vytápění až o 80 %. Tepelná čerpadla jsou relativně novým způsobem vytápění domu a zásobování teplou vodou, ale získávají na popularitě. Dále si povíme o principu fungování takového zařízení, typech tepelných čerpadel, jejich vlastnostech, výhodách a nevýhodách.
Elektřina, plyn a uhlí jsou tři hlavní typy vytápění, které používají ruští majitelé domů. Každý z energetických nosičů má své vlastní charakteristiky, ale jedno je spojuje – stabilní růst ceny rok od roku. To nás nutí hledat alternativy. Jednou z těchto alternativ jsou tepelná čerpadla – jednotky na kompresi páry, které zajišťují přenos tepla z nízkopotenciálních (chladných) zdrojů tepelné energie do chladiva.
Princip činnosti tepelného čerpadla
Konstrukce každého tepelného čerpadla zahrnuje následující zařízení: kondenzátor, výparník, kompresor (zvyšuje tlak) a expandér (snižuje tlak). Všechny uvedené prvky jsou spojeny s potrubím a představují jeden uzavřený okruh. Tímto okruhem cirkuluje chladicí kapalina. Freon, freon je odborný termín přiřazený skupině derivátů methanu a ethanu obsahujících fluor. Je to inertní plyn, který má ultranízký bod varu. Z tohoto důvodu je v “horké” části okruhu v plynném stavu a ve “studené” části se stává kapalinou.
Při pohybu do kompresoru je chladivo (nejčastěji freon) vystaveno vysokému tlaku a stlačeno, díky čemuž se jeho teplota zvyšuje. Tlakem ohřátý plyn vstupuje do další části výměníku tepla – kondenzátoru. Mezivýměník tepla zde předává teplo chladicí kapalině, která je součástí topného systému domu. Zatímco chladivo vydává teplo, kondenzuje, stává se opět kapalným a chladivo jím ohřáté se přivádí do topného systému. Kapalný freon prochází expandérem, kde se vaří a absorbuje teplo. Poté se přesune do výparníku, kde se zbývající kapalná frakce vyvaří – a cyklus se znovu opakuje.
Důležitou vlastností tepelných čerpadel je univerzálnost použití – při nízkých teplotách vzduchu zajišťují vytápění prostoru a v horkém počasí jejich chlazení. Ve druhém případě (reverzibilní tepelné čerpadlo) je použit stejný princip. Jediný rozdíl je v tom, že v horku se chladivo pohybuje jiným směrem – nepřichází zvenčí, ale z domu, z interiéru.
Zkusme totéž převyprávět jednoduchými slovy.
Pojďme si připomenout, jak funguje lednička. Potraviny o pokojové teplotě jsou umístěny v komorách chladničky. Podle zákona zachování energie se jimi naakumulované teplo nemůže nikam odpařovat – musí se vyndat z chladničky, což se děje pomocí radiátoru umístěného za jednotkou. Radiátor je k tomu určen – k odvodu, předání okolnímu vzduchu tepla, „odebíraného“ z výrobků.
Nyní si představte chladničku, která je instalována venku s otevřenými dveřmi a její radiátor byl odstraněn a instalován v domě. I když je teplota venkovního vzduchu o několik stupňů vyšší než bod varu freonu, kterým je chladnička naplněna, jednotka toto teplo předá radiátorem do domu a odebírá ho z okolí. Toto je nejjednodušší příklad tepelného čerpadla. Popsaný princip se nazývá Carnotův cyklus: na něm je založen provoz chladicích jednotek a klimatické technologie.
Druhy tepelných čerpadel: aerotermální, hydrotermální, geotermální
Existují tři hlavní typy tepelných čerpadel. Liší se zdrojem tepla, cenou zařízení a náklady na instalaci, provozními parametry.
1. Aerotermální – vzduchová tepelná čerpadla. Využívají teplo z okolního vzduchu, z atmosféry. Zvláštností tohoto typu tepelných čerpadel je, že pro jejich instalaci není nutné utrácet peníze za vrtání studní, kopání příkopů a provádění jakýchkoli dalších pracných zemních prací – všechny jednotky jednotky jsou umístěny na povrchu. To je důležité plus, protože odhadované náklady jsou výrazně sníženy a také čas strávený instalací.
Se všemi těmito výhodami mají vzduchová tepelná čerpadla jednu důležitou nevýhodu – ve velkých mrazech přestávají fungovat. S jejich stabilním provozem se můžete spolehnout pouze při teplotě ne nižší než -25 ℃, z tohoto důvodu nemohou vzduchová čerpadla během chladného období v oblastech s tuhými zimami plně vytopit místnost.HP „netahá“ silné mrazy. Když teplota vzduchu klesne na -25 ° a níže, nebude schopen vyrovnat se s vytápěním domu, takže v tomto případě je nutné mít další generátor tepla – elektrický ohřívač nebo krb. V tomto případě se častěji využívá kombinace tepelného čerpadla a elektrokotle. Když venkovní teplota dosáhne -18-22 ℃, vzduchové tepelné čerpadlo se vypne a elektrický ohřívač jej zcela nahradí.
Dalším důležitým faktorem, který je třeba vzít v úvahu při výběru takového zařízení, je průměrná vlhkost v oblasti, kde se nachází váš domov. Ideální volbou pro takové systémy je nízká vlhkost a mírné zimy. Pokud je klima vlhké a chladné, je instalace vzduchových tepelných čerpadel nepraktická: tepelné systémy zamrznou a zůstanou v režimu odmrazování delší dobu.
2. Hydrotermální (vodní) čerpadla. Využívají teplo vody blízké nádrže nebo podzemní vody. Taková zařízení se vyznačují vysokou stabilitou a účinností díky vysokému koeficientu prostupu tepla vody a nízkým teplotním výkyvům. Hydrotermální tepelné čerpadlo má smysl pořídit v následujících případech:
- na místě, kde se nachází váš dům, se podzemní voda vyskytuje v dostatečném objemu nebo je zde nádrž;
- hloubka podzemní vody – ne více než 40 metrů;
- voda má vlastnosti nezbytné pro stabilní provoz zařízení (nízký obsah železa a jiných nečistot)
Wells. Varianta se studniční vodou jako zdrojem tepla je nejobtížnější a nejnákladnější na instalaci. Zahrnuje vrtání dvou studní: jedna bude sloužit pro příjem vody, druhá – pro její vypouštění.
Nádrže. Jaké nádrže lze použít? Patří mezi ně moře, řeka nebo jezero, které se nesmí nacházet dále než 50 metrů od domu. Sběrač (trubky s chladivem) se položí na dno zásobníku a zatíží se zátěží. Díky vysoké teplotě pracovní kapaliny je zajištěna vysoká účinnost instalace a výrazné úspory nákladů na vytápění. Pro ty, kteří žijí v regionu s mírným klimatem, na pobřeží nebo v blízkosti hlubokého jezera či řeky, se vodní tepelné čerpadlo může stát zdrojem volné energie na mnoho let.
Zásoby. Dalším zdrojem vody, který mohou taková čerpadla využívat, jsou splašky. Úspěšně se používají jako zdroj tepla pro teplou vodu a topné systémy – jak soukromé domy, tak i výškové budovy.
3. Geotermální (půdní) čerpadla. Taková jednotka pro ohřev pracovní tekutiny ve výparníku využívá teplo půdy. Jedná se o nekonečný zdroj energie, protože teplota země pod bodem mrazu se nemění a nezávisí na povětrnostních podmínkách. Již v hloubce 3 metrů se teplota země pohybuje od +5 do +8℃ a v 10 metrech je již +10℃.
Topné systémy na bázi geotermálního tepelného čerpadla jsou vysoce účinné a dokážou v domě udržovat komfortní mikroklima po celý rok.
Použití zemního tepelného čerpadla znamená položení potrubí chladiva do země vedle domu. V tomto případě existují dvě možnosti umístění systémové trubky.
Vertikální geotermální sonda. V tomto případě jsou trubky umístěny ve svislé rovině. Hloubka jejich umístění může dosáhnout 100 metrů, což činí tuto možnost poměrně nákladnou. Další nuancí je potřeba koordinace s dozorovými orgány při vrtání vrtů takové hloubky. Výhodou tohoto technického řešení je úspora plochy pozemku.
Alternativou k hlubokému pokládání potrubí je schéma, které využívá více geotermálních vertikálních sond. Jsou pohřbeny v zemi o 20 metrů a jsou umístěny ve vzdálenosti 5-7 metrů od sebe. Při použití této metody je účinnost sond (měrný odvod tepla) dána druhem zeminy. Nejvýhodnější je kamenitá podmáčená půda, která dobře vede teplo (70 W/m). Vlhké sedimentární horniny poskytují až 50 W/m. Nejméně „účinné“ budou suché usazené horniny – v tomto případě odvod tepla nepřesáhne 30 W/m.
Abych to shrnul: geotermální vertikální sondy jsou drahé kvůli hloubkovým vrtům, ale mají své výhody: vysoký měrný odvod tepla, zaručenou teplotní stabilitu, úsporu plochy a minimální poškození krajiny.
Horizontální obrys (kolektor). Při tomto uspořádání trubek jsou umístěny v zemi do mělké hloubky (pod úrovní zamrznutí půdy – od 1,2 do 3 metrů) a jsou umístěny na velké ploše. Délka trubek geokontury se v každém případě vypočítá individuálně. K tomuto účelu lze použít polyethylenové trubky různých průměrů (od 25 do 40 mm), které jsou umístěny ve vzdálenosti 500-1000 mm od sebe.
V závislosti na projektu může mít kolektor různý tvar (spirála, klikatá, smyčky atd.). Po položení se kolektorové trubky naplní pracovní kapalinou (nemrznoucí kapalinou), která absorbuje teplo ze země, přenese jej do tepelného čerpadla a uvolní jej do chladiva. Poté se ochlazená nemrznoucí směs opět vrací do podzemního okruhu a cyklus se opakuje.
Účinnost čerpadla je dána vlastnostmi půdy jako zdroje tepla. Například jíl nasycený vlhkostí poskytuje až 25 W na metr potrubí, suchý jíl 15-18 W / m, písek (suchý) – 10 W / m. Například pro vytápění domu o rozloze 100 m2 budete potřebovat volnou plochu 400 metrů čtverečních. Z toho můžeme usoudit, že geotermální čerpadla s horizontálním kolektorem budou vyhovovat majitelům lokalit s velkou plochou bez budov.
Vlastnosti provozu tepelných čerpadel
Aby se minimalizovalo riziko poruch tepelného čerpadla a aby fungovalo co nejefektivněji, musíte se postarat o zajištění teplotního rozdílu chladicí kapaliny na vstupu a výstupu z výměníků tepla, delta 5 ℃ ( teplotní rozdíl), stejně jako uspořádání třífázové elektrické sítě v domě – to ochrání zařízení před přepětím. Další nuancí je, že musí být provedena vysoce kvalitní izolace prostor (maximální přípustná úroveň tepelných ztrát není větší než 100 W / m²).
Hlavní výhody a nevýhody tepelných čerpadel
Klíčovou výhodou HP je, že jejich účinnost je několikanásobně vyšší než u běžných elektrických topných nebo klimatizačních zařízení. Například i u moderních, úsporných elektrických ohřívačů se množství vyrobeného tepla přibližně rovná vynaložené energii.
Tepelná čerpadla jsou v této oblasti bezkonkurenční – vyrobí 3-7x více tepelné energie (COP), než spotřebuje elektřiny. COP je jednotka, která měří účinnost tepelného čerpadla.
Mezi další výhody instalace tepelného čerpadla patří:
- Dlouhá pracovní životnost. Pokud dodržujete pravidla provozu a provádíte údržbu včas, mohou čerpadla fungovat bez poruch a oprav po celá desetiletí (až 30 let nebo více). Jediným “slabým článkem” v takových systémech je kompresor, který může vyžadovat výměnu jednou za 15-20 let;
- Výrazná úspora paliva. V Rusku ceny energií vždy jen rostou a HP na nich dlouhodobě umožňuje ušetřit nemalé částky;
- Všestrannost použití. Většina modelů tepelných čerpadel má jednu pozoruhodnou vlastnost – reverzibilitu: v letních vedrech ochlazují dům a v chladném období zajišťují vytápění;
- Plná automatizace. Správné nastavení provozu HP zajišťuje plnou automatizaci: uživatel musí nastavit pouze teplotu pro vytápění prostor v zimě a chlazení v létě;
- Široká geografie použití. Různé typy HP umožňují jejich provoz v různých regionech s různými klimatickými podmínkami: v případě tepelných čerpadel může jako zdroje tepla fungovat půda, vzduch nebo voda;
- Vyhlídky na úplnou autonomii. Pokud se jako zdroj elektřiny použijí solární panely, pak je možné v jakékoli, i té nejodlehlejší oblasti postavit zcela autonomní dům, který si sám zajistí teplo, vodu a elektřinu;
- Minimální údržba. Spolehlivost a životnost zařízení činí jeho provoz nízkými náklady;
- Zdroj tepla zcela zdarma. Za vzduch, který dýcháme, vodu v nádržích a půdu pod nohama ještě neplatíme: pomocí tepelných čerpadel se stávají nekonečným zdrojem pro získávání tepelné energie.
Mezitím mají tyto systémy také své nevýhody, o kterých musíte vědět:
Vysoké náklady na samotné zařízení a jeho instalaci. Vzhledem k tomu, že počáteční náklady jsou poměrně vysoké, HP se nevyplatí okamžitě – v průměru to trvá 3-7 let. Pouze aerotermální (vzduchová) čerpadla se rychle zaplatí, což vyžaduje minimální náklady na instalaci.
Orientace na topné systémy s nízkou teplotou chladicí kapaliny. Nejvýhodnější je použití tepelných čerpadel pro systémy podlahového vytápění s teplotou 35-40°C.
Vliv geotermálních čerpadel na aerobní mikroorganismy. Při provozu půdních čerpadel je země kolem potrubí vystavena neustálému ochlazování, což vede ke smrti aerobních bakterií, které pomáhají čistit odpadní vodu od škodlivých látek.
Výběr tepelného čerpadla: hlavní kritéria
Těm, kteří plánují nákup takového zařízení, se doporučuje vybrat vhodný model podle následujících kritérií:
- Klimatické podmínky v regionu bydliště. Pro regiony s mrazivými zimami je vhodný pouze omezený počet modelů;
- Přístup ke zdrojům tepelné energie. U geotermálních čerpadel se jedná o přítomnost volného území v lokalitě, u hydrotermálních VT o přítomnost v blízkosti vodních ploch, podzemních vod;
- Plocha vytápěného objektu, jeho energetická účinnost. Čím větší dům, tím složitější a dražší bude tepelné čerpadlo: výkonné modely vyžadují značné náklady na instalaci.
- Rozpočet nákupu. Cenově nejdostupnější jsou vzduchová tepelná čerpadla, která nevyžadují velké instalační náklady.
Výpočet výkonu tepelného čerpadla. Jak výkonné by mělo být čerpadlo? Pro výpočet potřebného výkonu potřebujete znát následující parametry: množství přenosu tepla do topných systémů, celkový povrch potrubí ve výparnících a kondenzátoru a také objem pracovní tekutiny (chladivo).
Pohodlným řešením by v tomto případě bylo použít pro výpočty online kalkulačku. Nejčastěji je potřeba zadat:
- výška stropů a celková plocha domu (počítá se vytápěná plocha);
- oblast bydliště (určují se průměrné teploty vzduchu);
- energetická náročnost objektu (stupeň zateplení domu) – spočítá se požadovaný výkon tepelného čerpadla.
Příklad výpočtů. Pro vytápění domu o ploše 150 m² se doporučuje TČ o výkonu 11-13 kW.
Praktické rady pro výběr tepelného čerpadla
Tepelná čerpadla jsou technicky složitá, drahá zařízení, proto byste k jejich nákupu měli přistupovat se vší zodpovědností.
Před nákupem musíte kontaktovat příslušné specialisty, aby vypracovali projekt a provedli potřebné výpočty.
Vhodnější je kontaktovat jednu společnost, která poskytuje celou škálu služeb: prodej zařízení, instalace a servis.
U nás nezvyklý název tohoto zařízení zatím není příliš známý, i když jej nelze nazvat vynálezem poslední doby. Tepelné čerpadlo má téměř dvousetletou historii a půl století aktivního provozu. Nový výbuch zájmu je způsoben rychlým růstem cen energií a zpřísňováním ekologické legislativy.
Rozsah schopností v technologii je poměrně velký, mezi modely na trhu je zařízení pro individuální obytnou budovu a pro osadu nebo průmyslový podnik. Hlavní podmínkou realizace projektů s využitím těchto zařízení je ekonomická efektivita.
Proč potřebujete tepelné čerpadlo
Z hodin fyziky i každodenní praxe víme, že více zahřátá tělesa odevzdávají teplo méně zahřátým, dokud se jejich teplota nevyrovná. To však neznamená, že v dávajícím těle je více tepelné energie. Světové oceány jsou obří termální rezervoár, ale pokud do něj vložíme rozžhavenou kovovou tyč, teplo se z tyče přenese do oceánu a ne naopak.
Funkcí tepelného čerpadla je právě shromažďovat tuto rozptýlenou energii a nutit proces proudit opačným směrem. Na úrovni domácnosti to lze vysvětlit na příkladu chladničky, která je v podstatě tepelným čerpadlem. V něm dochází k neustálému předávání tepla ze studené vnitřní komory s produkty do teplejšího vnějšího prostředí. Přenos tepla probíhá přes mřížku chladiče na zadní stěně, která je cítit při dotyku.
Anglický fyzik William Thomson, budoucí lord Kelvin, zjistil, že tepelná energie se ukládá v tělesech až do teploty −273.15 °C (bod absolutní nuly). Proto je kolem nás v přírodě nepřeberné množství a hlavně bezplatných zdrojů tepla. To je půda, voda v řekách, nádržích a podzemí, okolní vzduch. Lze k nim přidat umělé tepelné zdroje – domovní odpadní vody, odpadní teplo z průmyslových podniků, ohřátý vzduch z větrání.
Na příkladu téže lednice vidíme, že tepelné čerpadlo je schopno teplo z vnějšího prostředí nejen přijímat, ale naopak přebytečné teplo do něj odvádět. Kromě vytápění, zásobování teplou vodou nebo vytápění procesních zařízení ve výrobě lze tedy toto zařízení využít i pro klimatizaci.
Jak technologie funguje
Nejpoužívanější jsou parokompresní tepelná čerpadla, téměř všechna zařízení pro domácí použití představují právě takové instalace. Jejich zařízení je založeno na uzavřeném okruhu, kterým cirkuluje chladivo – kapalina s velmi nízkým bodem varu. Právě v této vlastnosti chladiva spočívá tajemství vysoké účinnosti technologie.
Hlavní součásti a schéma provozu parního kompresního tepelného čerpadla:
- Odpařovač. Zde kapalné chladivo absorbuje teplo z externího zdroje a zahřátím se přemění na studenou nízkotlakou páru. K přenosu tepla ze zdroje dochází v přímém kontaktu nebo prostřednictvím mezisběrače s chladivem.
- Kompresor. Pára, která sem vstupuje, je stlačena, v důsledku toho se podle Mendělejevova-Clapeyronova zákona zvýší tlak a teplota chladiva. Energie pohánějící kompresor se také přeměňuje na dodatečné teplo, které je absorbováno chladivem.
- Kondenzátor. Zde ohřátá pára odevzdává tepelnou energii získanou při odpařování a kompresi do chladiče. V důsledku přenosu tepla chladivo kondenzuje, to znamená, že se stává opět kapalným.
- Expanzní ventil (škrticí klapka). Při průchodu otvorem se snižuje vysoký tlak a teplota klesá. Chladivo se vrací do výparníku ve svém původním stavu, poté se cyklus opakuje.
Hlavní charakteristikou tepelného čerpadla je koeficient přeměny tepla ϕ, který udává poměr předané tepelné energie ke spotřebě energie pro pohon kompresoru. Hodnota tohoto ukazatele se pohybuje v rozmezí 2.5–8.
Čím menší je teplotní rozdíl mezi zdrojem tepla a ohřívaným médiem, tím větší je konverzní faktor. Teplotu zdroje tepla nemůžete ovlivnit, ale můžete snížit teplotu přívodu do chladiče. Například k čerpadlu místo radiátorů připojit systém teplé podlahy nebo využít dotápění pomocí průtokového či zásobníkového ohřívače.
Snížení výstupní teploty o jeden stupeň snižuje spotřebu energie asi o 2.5 procenta.
Elektricky poháněné tepelné čerpadlo s kompresí páry je hospodárnější než kotel na fosilní paliva při ϕ > 3. U zařízení s kompresorem poháněným plynovou turbínou nebo spalovacím motorem jsou finanční výhody dosaženy již při ϕ > 1.5. To však nezohledňuje rozdíl v investičních nákladech mezi kotlem a čerpadlem, proto je třeba zpracovat studii proveditelnosti, která definitivně rozhodne o realizaci projektu.
Provozní režimy
V monovalentním režimu je za dodávku tepla odpovědné výhradně tepelné čerpadlo. Maximální dosažitelná výstupní teplota musí překročit konstrukční limity. V monoenergetickém režimu zařízení ohřívá vodu na určitou úroveň a maximální výstupní teplotu zajišťuje elektrická topná vložka.
V bivalentním režimu pracuje tepelné čerpadlo v tandemu s jinou technikou, obvykle topným kotlem. Redundantní generátor tepla se zapíná při dané teplotě, která se nazývá bod bivalence. Kritériem pro výběr bodu bivalence může být teplota venkovního vzduchu, aktuální hodnoty tarifů pro nosiče energie nebo jejich poměr, externí signál.
Možnosti pro práci v bivalentním režimu:
- Alternativní. Tepelné čerpadlo se po dosažení bodu bivalence vypne a zátěž se zcela přenese na zdvojovač.
- Pomocný. Po překročení bivalentního bodu čerpadlo pokračuje v práci paralelně s generátorem přídavného tepla.
Jako podklad lze použít jiné tepelné čerpadlo nebo i několik tepelných čerpadel, tomu se říká kaskádová instalace. V tomto případě je také možné schéma, ve kterém čerpadla pracují samostatně pro vytápění a dodávku teplé vody.
Monovalentní režim je vhodnější pro teplotní stabilitu zdrojů tepla (půda, spodní voda, průmyslové výboje) a nízkou teplotu spotřebitelů energie (podlahové vytápění, fancoilové jednotky). Jeho vážnou nevýhodou jsou vysoké investice do vybavení.
Pokud potřebujete zkrátit dobu návratnosti tepelného čerpadla, je lepší zastavit na bivalentním režimu. Takové schéma vám umožní vyhnout se iracionálním výdajům na zařízení s nadměrnými charakteristikami a zároveň se vyhnout nedostatku energie v době špičkového zatížení.
Co je dobré tepelné čerpadlo
- Snížení nákladů. Platby za spotřebu energií se několikrát snižují. Zařízení se nevyplatí hned, ale časem přinese hmatatelné výhody.
- Lokalizace systému zásobování teplem. Zdroj tepla je umístěn vedle spotřebitele, nejsou vyžadovány žádné dlouhé inženýrské komunikace. To je zvláště výhodné při zásobování teplem odlehlých oblastí, kde je nerentabilní tahat plynovod a dodávka paliva v sudech není levná a je spojena se znečištěním životního prostředí.
- Reverzibilita. Stejnou instalaci lze použít pro připojení topných systémů s přívodem teplé vody a v případě potřeby přepnutí do režimu klimatizace místnosti.
- Záruka bezpečnosti. Nemusíte nést rizika spojená s přítomností ohně a výbušných zdrojů tepla v místnosti.
- Programovatelné nastavení. Provozní parametry lze automaticky měnit na základě teplotních čidel, nastavených priorit nebo denní doby.
- Snadná údržba. Tepelné čerpadlo s nízkým výkonem nevyžaduje větší pozornost než běžná chladnička nebo klimatizace. Pro provoz zařízení s vysokým výkonem jsou zapotřebí pouze pravidelné kontroly a výměna kompresoru každých 15-25 let.
- Minimální dopad na životní prostředí. Absence procesů spalování paliva zlepšuje životní prostředí. Emise oxidu uhličitého do atmosféry (uhlíková stopa) jsou výrazně sníženy.
Jaké jsou nevýhody zařízení
- Vysoká cena. Při instalaci zařízení se budete muset okamžitě rozdělit se značným množstvím. Tepelná čerpadla jsou přitom z hlediska běžných nákladů mnohem výnosnější než elektrokotle a jsou srovnatelná s plynovými kotli. Jakmile se vyrovná cenová nerovnováha mezi náklady na elektřinu a plyn, která nemá jasné ekonomické vysvětlení, zvýší se návratnost zařízení.
- Náchylnost k poškození. Kvůli použití chladiva musí být okruh čerpadla absolutně těsný. Když dojde k netěsnosti, dojde ke ztrátě chladiva; k nápravě poškození budete muset vyprázdnit okruh a po opravě jej znovu načerpat. Na příkladu ledniček a klimatizací však vidíme, že tato nevýhoda je nepodstatná a nehraje roli v poptávce po zařízení.
Aplikační zkušenosti v zahraničí a v Rusku
První úspěšné pokusy o vytvoření tepelných čerpadel proběhly již v polovině 20. století a podobným způsobem začaly v Evropě v první polovině 1973. století experimenty s vytápěním obytných budov a veřejných budov. Impuls k rychlému rozvoji daly energetické krize v letech 1979 a XNUMX. Nyní můžeme s jistotou říci, že tato technologie má světlou budoucnost.
K dnešnímu dni je jen v USA přes 30 milionů tepelných čerpadel. Tak velká poptávka je vysvětlena teplým klimatem země a nedostatkem potřeby silného vytápění radiátorů vytápění. Zařízení stojí asi třetinu jednotlivých obytných budov ve Skandinávii. V řadě evropských zemí, včetně Francie a Německa, jsou potenciální uživatelé povzbuzováni pobídkami.
V SSSR byla tepelná čerpadla kvůli levnému uhlovodíkovému palivu uznána jako nerentabilní a nyní vážně zaostáváme za vyspělými zeměmi, ačkoli tato technologie má velmi vysoký potenciál. Za posledních dvacet let se práce velmi zintenzivnily. Realizovaných projektů je již hodně, jako samostatné příklady můžeme jmenovat instalaci čerpadel ve školce v mikrodistriktu Zelenye Gorki v Tomsku, škola ve vesnici Filippovo v Jaroslavské oblasti, obchodní centrum Kvartal v Soči, na adrese nádraží Anapa.
Analýza využití podle zdroje tepla
V ruských podmínkách použití tepelných čerpadel často brání problém s účinností. Jak však ukazuje zkušenost, ekonomicky nejvýhodnější schéma je možné. Nejslibnějšími zdroji tepla jsou řeky, nádrže a podzemní vody o teplotě cca +10 °C, splašky, výtlaky v chladicích věžích.
Vzduchová čerpadla
Vzhledem k nízkému prostupu tepla a velké teplotní amplitudě v zimě nezajišťuje venkovní vzduch spolehlivý přívod tepla. Největší potenciál využití se vzduchovými čerpadly je v jižních regionech nebo při rekuperaci tepla z emisí z ventilace.
Zařízení je dimenzováno do teplot do -30 °C, náklady na instalaci a provoz jsou oproti půdním nebo vodním čerpadlům minimální. Výparník je umístěn ve ventilačních kanálech nebo umístěn přímo na ulici.
Při teplotách od 0°C až -6°C Ve vlhkém klimatu se na povrchu výparníku tvoří námraza, která brání přenosu tepla a snižuje výkon čerpadla.
Odmrazujte výparník obrácením nebo profouknutím ventilátory. I přes tuto nevýhodu se vzduchová čerpadla bez problémů používají pro celoroční klimatizaci. V praxi existují řešení, kdy zařízení v létě pracuje se vzduchem a v chladném období přechází na jiný zdroj tepla.
Zemní čerpadla
Teplota půdy pár metrů od povrchu zůstává po celý rok konstantní, což zajišťuje stabilní tok tepelné energie. Prostup tepla přímo závisí na vlhkosti půdy, jejíž hodnoty se pohybují v rozmezí 10–35 W/m2. Půdní čerpadla je nejúčelnější provozovat v sezónním režimu, kdy zařízení v zimě pracuje pro vytápění a v létě pro klimatizaci.
Při neustálém odvodu tepla je tepelná rekuperace nedostatečná, což snižuje účinnost systému, může způsobit promrzání půdy a její nevhodnost pro rostlinnou výrobu.
Potrubí čerpadla je uloženo vodorovně pod úrovní promrzání zeminy v daném regionu, přibližně v hloubce 0.8–1.5 m.
Přesná délka kolektoru je dána potřebou tepla a množstvím odebraného tepla z jednoho lineárního metru, které závisí na podmínkách dané oblasti. Plocha nad kolektorem by neměla být zastíněna, osázena stromy s vyvinutým kořenovým systémem, je žádoucí, aby byla minimálně zastavěna.
Při omezené ploše staveniště nebo těžké půdě se místo horizontálního pokládání kolektoru vrtá studna do hloubky až 200 m, ve které je instalována vertikální sonda. K vrtání hlubinných vrtů je nutné získat souhlas regulačních orgánů, proto se místo jednoho vrtu často vrtá několik vrtů najednou, ale menší hloubky.
Vodní pumpy
Teplota podzemní vody zůstává stabilní po celý rok, teplota povrchové vody je značně závislá na ročním období. Z tohoto důvodu je teplo řek a nádrží využíváno především v regionech s mírným klimatem a menším ročním teplotním rozsahem. Největší efekt má výběr tepla z odpadních vod a horkých podzemních zdrojů.
Kolektor je upevněn na dně řeky nebo nádrže a zatížen tak, aby neplaval. Nejprve se musíte ujistit, že voda nezamrzne až na samé dno. Při využití podzemní vody se vrtají dvě studny, ve kterých je umístěno vstupní a výstupní potrubí.
Po těžbě je nemožné vrátit podzemní vodu do stejného vrtu. Míchání se zbytkem hmoty snižuje teplotu, což způsobuje pokles tepelného výkonu až do úplného vynulování.
Instalace zařízení si v některých případech vyžádá uzavření státní ekologické revize a chemický rozbor vody, jejíž složení určuje opotřebení kolektorů.
Jaké zařízení vybrat
Tepelná čerpadla málo známých značek nejsou horší a někdy i kvalitou předčí výrobky předních výrobců, ale zároveň jsou mnohem levnější. Pokud porovnáme čínskou technologii s evropskou, pak ta není o nic horší a obvykle levnější.
V jaké výbavě z Evropy obchází Čínu, je v pohodlí díky většímu množství možností. Evropské firmy přitom na rozdíl od asijských nevyrábí vzduchová tepelná čerpadla určená pro teploty pod -15 °C.
Pro určení požadovaného tepelného výkonu je nyní dostatek programů, které umožňují automatizovat výpočet. Není vhodné pokládat na maximální tepelné ztráty objektu. Zkušenosti ukazují, že při výrobě energie z 50–70 procent tohoto ukazatele se poptávka uzavře ze 70–90 procent a zbytek lze ponechat na podílu předehřívače.
Kdy zvážit instalaci tepelného čerpadla?
Prvním a hlavním důvodem je, že nemáte plyn a zásobování komunikací je drahé. Druhým důvodem je, pokud potřebujete autonomní systém vytápění a ohřevu vody, ale zdráháte se provádět údržbu. A konečně, pokud vám záleží na životním prostředí a bezpečí vašeho domova.
O kolik výhodnější je tepelné čerpadlo ve srovnání s elektrickým vytápěním?
Tepelné čerpadlo je až 6x účinnější než elektrokotel. To znamená, že tam, kde tepelné čerpadlo spotřebuje na výrobu tepla pouze 1 kW, elektrické spotřebuje dokonce 6.
Dokáže tepelné čerpadlo plně zajistit teplo domu ve středním Rusku?
Možná 90 procent času, zbývajících 10 procent bude potřebovat další generátor tepla. To však pouze za podmínky, že tepelné ztráty domu nepřekročí 70 W / m 2.
Jaké parametry jsou pro tepelné čerpadlo optimální?
Zařízení pracuje nejúčinněji při teplotě přenosu tepla +45 °C až +55 °C. Nejoblíbenější jsou čerpadla s výstupním výkonem do 20 kW.
Kolik místa zabere tepelné čerpadlo?
Na úrovni elektrického nebo plynového kotle a méně než na tuhá paliva. Na prostory nejsou kladeny žádné zvláštní požadavky. Při instalaci vzduchového čerpadla budete potřebovat prostor pro venkovní jednotku, která je o něco větší než klimatizace.
