Vytápění domu tepelným čerpadlem

Vlastnit soukromý dům je téměř vždy slušné účty za vytápění. Naštěstí žijeme v době, kdy teplo lze brát doslova ze vzduchu. Nejedná se o žádné kouzlo a ani o řeč – tepelné čerpadlo dokáže odebírat teplo ze země, spodní vody, pouličního vzduchu a vytápět místnost. Zjistíme, které tepelné čerpadlo pro vytápění domu je v každém případě vhodné, jak fungují a jaké jsou.

Jak funguje tepelné čerpadlo?

Tepelné čerpadlo se od běžných topných zařízení liší v tom nevytváří teplo, nemá topná tělesa, nespaluje palivo. přístroj jednoduše přenáší teplo a funguje jako velká klimatizace. Tepelné čerpadlo odebírá z okolí – půdu, vodu, vzduch.

Princip činnosti tepelného čerpadla lze popsat takto:

• chladivo se pohybuje podél primárního okruhu, odebírá teplo z okolního prostoru, zatímco jeho teplota mírně stoupá – pouze o několik stupňů;
• mírně zahřátá chladicí kapalina vstupuje do výparníku a uvolňuje teplo do chladiva;
• chladivo se mění na páru a vstupuje do kompresoru (k tomu stačí i mírné zahřátí);
• v kompresoru je chladivo stlačováno, jeho teplota stoupá, a proto stoupá i teplota;
• horké chladivo vstupuje do kondenzátoru, kde ohřívá vodu cirkulující v domácím topném systému;
• Současně se chladivo samo ochlazuje, přechází z parního do kapalného stavu, vrací se do výchozího bodu a proces začíná znovu.

Tepelné čerpadlo spotřebovává elektřinu, ale vynakládá se výhradně na provoz prvků systému a ne pro ohřev topného tělesa. Z praktického hlediska to znamená, že instalace, která spotřebuje 300-700 W elektrické energie, vyrobí 2 kW tepla, tzn. její Účinnost je vždy nad 100 %. Elektrický ohřívač na výrobu 2 kW energie spotřebuje minimálně stejné 2 kW, ale ve skutečnosti to bude více.

Někdy je princip fungování tepelného čerpadla vysvětlen nakreslením analogie s mrazničkou chladničky. Uvnitř je mráz a led a venku je rošt vyhřívaný, takže je lepší se ho nedotýkat. Pokud vezmete a prodloužíte trubky s freonem a vložíte je do vodní lázně, pak se voda v ní začne ochlazovat a rošt se bude ohřívat a ohřívat vzduch, tzn. Chladnička bude přenášet teplo z vody do vzduchu a vytápět místnost.

Myšlenka za vynálezem tepelného čerpadla je založena naŽe každé tělo s teplotou nad absolutní nulou (-273,15 0 С) má rezervu tepelné energie. Rezerva je úměrná hmotnosti tělesa a jeho měrné tepelné kapacitě.

V praxi to vše znamená, že je téměř vždy možné odvádět teplo z okolí, alespoň do doby, než teplota za oknem klesne pod -25 0 C. A pak se dostáváme k jednomu zajímavému momentu. Co dělat, když teplota náhle klesne nízko a tepelné čerpadlo to nezvládne?

Proč potřebuji vestavěné topné těleso v tepelném čerpadle?

Existují tepelná čerpadla se zabudovaným topným tělesem. Jedná se o doplňkovou možnost, kterou se vyplatí přeplatit, pokud v regionu často prožívají mrazivé dny s teplotami pod -15 0 C. V tomto případě nemusí být tepelné čerpadlo dostatečně účinné a má smysl použít alternativní způsob vytápění budovy, než čekat na oteplení.

Můžete se samozřejmě obejít bez topného tělesa a nainstalovat výkonnější čerpadlo, ale stojí za to neustále přeplácet zbytečnou energii, když je v regionu málo skutečně mrazivých dnů? Je levnější dělat se vzácnými inkluzemi topných prvků. Ve většině případů se jedná o ekonomičtější řešení.

Typy tepelných čerpadel

Tepelná čerpadla se již dlouho aktivně používají v Japonsku, USA, mnoha evropských zemích a postupně dobývají ruský trh. Čerpadla se liší nejen výkonem, ale také tím, odkud energii berou a jak následně vytápí místnost. Zdrojem může být vzduch, půda, voda – toto slovo bude v názvu systému vlevo. Výsledné teplo může být předáno chladicí kapalině (vodě) pro cirkulaci topným systémem nebo v systému „teplé podlahy“, nebo může vstupovat přímo do místnosti ve formě ohřátých vzduchových hmot (vzduchu). Vpravo v názvu systému bude vždy uvedeno “voda” nebo “vzduch”, tzn. kde se teplo přenáší.

Vzduch-vzduch

Nejjednodušší systém. Princip činnosti je založen na odvodu tepla z okolního vzduchu. Kolektor není v zásadě vyžadován, protože pouliční vzduch okamžitě vstupuje do výparníku a předává teplo chladivu. Ohřátý vzduch vstupuje do místnosti přes vnitřní stěnové nebo podlahové jednotky. Ve skutečnosti je to skvělá klimatizace.

Výhody takového systému:

• jednoduchost instalace;
• nízká cena a rychlá návratnost;
• rychlé vytápění místnosti;
• Možnost využití v létě jako klimatizace.

Zápory:

• výkon závisí na venkovní teplotě. Často se uvádí, že sériové modely pracují při teplotách do -30 0 C, ale již pod -15 0 C, výkon nemusí stačit k udržení komfortních podmínek v místnosti;
• Tento typ tepelného čerpadla neohřívá vodu pro teplovodní systém, proto bude nutné použít jiný zdroj tepla.

Nedoporučuje se používat systém vzduch-vzduch, pokud je oblast vlhká a často vystavená silnému větru. V tomto případě nelze vyloučit námrazu a namrzání, což sníží efektivitu práce. Takové systémy fungují dobře v oblastech s teplým klimatem a suchým vzduchem – tam bude čerpadlo bez problémů fungovat po celý rok.

Vzduch-voda

Systém se podobá předchozímu, pouze teplo se předává vodě, která cirkuluje v topném systému. Taková čerpadla se instalují poměrně snadno, rychle se zaplatí, ale účinnost závisí na venkovní teplotě. Před implementací takového řešení je nutné analyzovat průměrné teploty v regionu, počet mrazivých dnů.

Charakteristickým rysem tohoto systému je schopnost ohřívat vodu díky energii přijímané ze solárních panelů. Můžete použít individuální nebo vestavěná elektrická topidla – to je řešení pro nejchladnější dny

voda-voda

Voda v kapalném stavu má samozřejmě vždy kladnou teplotu, takže teplo lze využít pro vaše potřeby. Pokud je blízko existuje vodní plocha nebo mělká podzemní voda, pak je možné organizovat dodávky tepla na jejich náklady. Kolektor se položí na dno nádrže nebo se vyvrtají dvě studny (v případě podzemní vody) a chladivo přenáší teplo do chladiva, pak podle standardního schématu.

Uspořádání tepelného čerpadla se liší v závislosti na zvoleném zdroji tepla:

• rybník by měl být umístěn ne více než 50 m od domu. Jedná se o poměrně ekonomický a efektivní design. Na dně nádrže je uspořádán kolektor (trubky složené do prstenců nebo spirál) a stačí zaplavit potrubí pomocí zátěže a čerpadlo začne dodávat teplo do domu;
• extrahovat teplo z podzemní vody obtížnější a dražší. Je nutné vyvrtat dvě studny, trubky se do nich nespouštějí, teplo se odebírá vodě již na povrchu, poté se voda vrací do druhé studny. K realizaci takového schématu je nutné mít na místě mělkou podzemní vodu, vypouštění musí být provedeno pod plotem a voda musí být filtrována, aby se zařízení neucpalo a nezrezlo.

Aby systém fungoval, je nutné použít velké množství vody, tzn. a čerpadla budou dostatečně výkonná. Na druhou stranu je systém velmi energeticky účinný, takže veškeré náklady na napájení zařízení se vrátí i s úroky. Vzhledem k tomu, že se teplo přenáší do vody, lze s takovým systémem získat i dodávku teplé vody.

V průmyslovém prostředí lze teplo odebírat z kanalizace.

Voda-vzduch

Tepelná energie je odebírána z vody v zásobníku nebo studni a předávána systému ohřevu vzduchu, tzn. podlahové nebo stropní ventily budou foukat teplý vzduch, což vám umožní rychle zahřát místnost. Hlavní podmínkou pro instalaci takového čerpadla je přítomnost nádrže nebo podzemní vody.

spodní vody

Půda je nejstabilnějším zásobníkem tepla. V hloubce pod bodem mrazu má půda vždy kladnou teplotu. Hloubka zamrznutí se bude pro různé regiony lišit, ale i v nejtěžších oblastech v hloubce 2-2,5 m již půda nezamrzá, v jižních oblastech je toto číslo zcela menší než 1 m. Nejdůležitější věc spočívá v tom, že v jakékoli oblasti je zemina, proto lze systém vytápění postavit téměř kdekoli.

Existují dva hlavní způsoby, jak odstranit teplo ze země:

• umístěte kolektor do vodorovné roviny. Jako kolektor se bere trubka o průměru 25-40 mm, je položena vodorovně v prstencích, hadu nebo spirále. Hlavní věc je, že vzdálenost mezi trubkami by měla být 60-80 cm.Hloubka umístění takového kolektoru závisí na hloubce zamrznutí půdy. Můžete vytvořit dvouúrovňový kolektor, ale toto řešení se používá zřídka. Kolik tepla můžete získat? Závisí na typu půdy. Takže například suchý písek může dát asi 10 wattů na metr kolektoru a hlína s vysokým obsahem vody už může dát 35 wattů. Chcete-li zajistit vysoce kvalitní vytápění domu o rozloze 100 m2, budete muset vytvořit působivou kolektorovou plochu (asi 5 akrů). Někteří majitelé domů si navíc stěžují, že nad kolektorem všechno špatně roste nebo neroste vůbec, protože půda neustále ochlazuje. Nad takovým kolektorem však nelze sázet stromy s mohutným kořenovým systémem, nelze stavět ani kapitálové budovy. Bylinky, keře a květiny jsou povoleny;
• vertikální kolektor efektivnější, ale uspořádání bude muset vynaložit trochu více. Potrubí lze zasypat do hloubky 20-150 m. Jeden vrt lze vyvrtat do hloubky cca 100 m a lze tam spustit potrubí ve tvaru U. Můžete jít jednodušší cestou, vykopat několik studní po 20 m a každou prohloubit ve stejné trubce ve tvaru U. Odvod tepla bude přibližně stejný. V závislosti na struktuře půdy je možné získat od 20 W na běžný metr potrubí (suché usazené horniny) až po 80 W tepla (podzemní voda).

Tepelné čerpadlo tohoto typu je schopno bezproblémového celoročního provozu po mnoho let, ale uspořádání a zapojení si vyžádá nemalé finanční náklady. Náklady na zařízení a práci jsou vyšší než u jakéhokoli jiného typu tepelného čerpadla.

Topný systém pro teplé čerpadlo

Teplo získané z přírody je dodáváno spotřebiteli různými způsoby:

• radiátory – nezapomeňte zvolit nízkoteplotní. Pokud jsou v místnosti již nainstalovány radiátory určené pro práci s chladicí kapalinou s vyšší teplotou, budete muset buď přidat několik nových sekcí, nebo dodatečně použít systém „teplé podlahy“ nebo jednotky fan coil;
• Vyhřívaná podlaha – klasika pro tepelná čerpadla, protože tento systém potřebuje pouze nízkoteplotní chladicí kapalinu;
• fancoily – bloky, kterými bude do místnosti vstupovat teplý nebo studený vzduch; používá se nejméně často, ale umožňuje nejefektivnější využití výsledného tepla.

Způsoby chlazení tepelným čerpadlem

Chlazení v systému tepelného čerpadla může být dvou typů:

• aktivní – klasické chlazení, kdy se zapne zpátečka a systém začne odebírat teplo ne z okolí, ale z místnosti a předávat ho do vnějšího okruhu. Tento proces zahrnuje kompresor, jehož provoz vyžaduje přibližně 50 % energie vynaložené na vytápění;
• pasivní – chlazení, které obchází kompresor, což znamená, že šetří. Používá se v systému „půda-voda“. Během topného období má půda čas výrazně vychladnout až do záporných hodnot. Přes léto se samozřejmě ohřeje samo, ale přebytečné teplo z místnosti proces urychlí, půdu rychleji obnoví a dokonce ji teplem přesytí tak, aby byla příští zimu účinnost tepelného čerpadla ještě vyšší.

Výhody a nevýhody tepelných čerpadel

Technologie využití tepla prostředí se zdá inovativní, ale existuje již dlouhou dobu. Zajímavé je, že v 80. letech na Jaltě se teplo moře využívalo k vytápění sanatoria Družba. Tepelné čerpadlo zajišťovalo nejen vytápění celého areálu, ale také ohřívalo vodu v bazénech, chladilo místnosti v horkých dnech a zajišťovalo teplou vodu do celého areálu.

Výhody Tepelná čerpadla jsou jasná:

• úspory na vytápění;
• minimální čas strávený údržbou systému, není třeba pravidelně doplňovat palivo;
• dům může být opuštěn po dlouhou dobu během topného období, bez obav, že se něco stane s topným systémem;
• úplná šetrnost k životnímu prostředí, protože neexistují žádné škodlivé emise a použité chladivo je bezpečné;
• možnost používat systém téměř kdekoli;
• univerzálnost – tepelné čerpadlo lze využít nejen k vytápění, ale také k chlazení nebo zásobování teplou vodou. Voda v systému TUV se ohřeje na 55 0 C. Pokud to nestačí, je lepší dodatečně nainstalovat bojler;
• životnost tepelného čerpadla dosahuje 50 let, přesto bude během této doby nutné vyměnit kompresor.

Nevýhody málo, ale jsou významné:

• velké kapitálové investice v počáteční fázi;
• při mrazech pod -20 0 C je účinnost téměř všech tepelných čerpadel značně snížena, takže pokud takové mrazy nejsou v regionu neobvyklé, budete muset přemýšlet o záložním vytápění.

Na co si dát pozor při výběru tepelného čerpadla?

Tepelné čerpadlo se doporučuje instalovat pouze v případě, že jiné zařízení je nerentabilní. Nejprve vyhodnoťte situaci podle následujících parametrů:

1. typ pokoje. Pokud se bavíme o domě, kde se žije celoročně, je potřeba zvolit systém, který dokáže nepřetržitě poskytovat teplo a teplou vodu, jako vzduch-voda nebo země-voda. Pokud dům slouží k rekreaci a občasným návštěvám, pak postačí nejjednodušší čerpadlo vzduch-vzduch;
2. oblast umístění. Vyplatí se posoudit klima, protože pokud je region velmi chladný, pak je systém vzduch-vzduch eliminován kvůli nízké účinnosti. Systém vzduch-vzduch, jako jediná možnost nezávislého vytápění, lze použít pouze na Kavkaze, na Krymu, na pobřeží Černého moře. Zohledňuje se přítomnost nádrží, umístění podzemní vody, možnost vrtání, umístění horizontálního nebo vertikálního kolektoru půdy;
3. oblast domu. Pro místnosti větší než 250 m2 se nejlépe hodí systémy země-voda. U domu menšího než 200 m2 si vystačíte s levnějším uspořádáním vzduch-voda. Obchodní prostory a kanceláře mohou být kompletně vybaveny systémem vzduch-vzduch;
4. použít jako kondicionér. Systémy země-voda a voda-voda mají možnost pasivního chlazení bez použití kompresoru. Systém vzduch-vzduch je také schopen chlazení, ale spotřebuje více elektřiny.

Vzhledem k tomu, že výběr, výpočet, instalace a uvedení tepelného čerpadla do provozu je velmi vážná a složitá záležitost, doporučujeme svěřit vše od a do rukou profesionálů. Chyby povedou k nedostatečnému výkonu, trvalému zamrznutí chladicí kapaliny a poruchám.