U tohoto článku nebylo technicky možné zajistit fotografie a obrázky.
Zdroje tepla pro čerpadlo
Kategorie: Speciál tepelná čerpadla | Autor:
Teoreticky existuje velké množství zdrojů tepla, které lze využít pro činnost tepelného čerpadla. Každý takový zdroj však má i své zápory a omezení. V praxi bývá teplo odebíráno nejčastěji ze systémů trubek (hadic) uložených v půdě v nezámrzné hloubce, z hlubinných vrtů nebo z vodních toků a nádrží. Méně často se využívá vzduchu z rozsáhlých sklepů a jiných podzemních prostor se stálou teplotou, odpadní vody (třeba z elektráren) atd. Tímto způsobem také lze získat zpět teplo z větracího vzduchu.
Země – voda
V malých systémech pro rekreační objekty a rodinné domky je nejčastějším zdrojem tepla půda. V takovém případě se říká, že jde o systém typu země – voda. Snad každý amatérský stavebník ví, že existuje tzv. nezámrzná hloubka, která není nijak nedosažitelná. V našich klimatických podmínkách máte už metr pod povrchem jistotu, že se zde voda nikdy nemění v led. Pod touto úrovní se nejen ukládá vodovodní potrubí a kotví základy drobných staveb, ale sbírá i energie pro činnost tepelných čerpadel.V praxi to nejčastěji vypadá tak trochu jako podlahové topení naruby. Plastové nebo měděné trubky jsou naplněné kapalným teplonosným médiem. Nemusí to nutně být voda, velmi často jde o nemrznoucí směs, protože pracovní teplota média je hluboko pod bodem mrazu. Čím je totiž větší teplotní rozdíl mezi médiem a prostředím, z něhož se odčerpává teplo, s tím větší účinností systém pracuje. Trubky pod zemí mají podobné uspořádání jako v podlahovém topení, byť jaksi ve větších rozměrech. Nejčastěji se ukládají do hloubky 120 centimetrů a více. Jde o tzv. horizontální výkopový kolektor. Při správné konstrukci neovlivňuje kolektor kvalitu půdy ani vegetace.Využití tepla z půdy je vhodné téměř pro každého, kdo má vedle stavení potřebný pozemek. Výměník představovaný hadicí, trubkami atd. ovšem musí být dostatečně velký. Z toho vyplývá i potřeba poměrně rozsáhlých zemních prací. Naopak není třeba nikoho žádat o dovolení a nikomu se nic neplatí.
Voda – voda
Méně často se u malých objektů využívá vody z okolí, která ve výměníku odevzdává své teplo kapalině v topném systému. Jde o systém voda – voda. Jeho největší předností je vysoká tepelná vodivost vody, za určitých okolností tedy mohou být výměníky tepla poměrně malé a účinnost vysoká. Pokud je voda dostatečně čistá, je dokonce možné použít ji jako pracovní médium v okruhu tepelného čerpadla. Vodu z pramene lze například přivádět ke kompresoru a po odebrání tepla využít k jiným účelům, nebo vypouštět. U většiny povrchových vod se však pro jejich znečištění využívá spíše uzavřeného okruhu, jehož výměník je umístěn pod hladinou někde u břehu.Základním předpokladem pro využití vody v systému tepelného čerpadla je samozřejmě vhodný zdroj. Mohou jimi být větší řeky, kde teplota a množství vody příliš nekolísá, například nezamrzající řeky pod velkými hydroelektrárnami, ale i přírodní nádrže stojaté vody (rybníky, jezera atd.). Základní podmínkou správné funkce je dostatečný obsah vody – z malé lesní tůňky by mohlo tepelné čerpadlo udělat umělé kluziště i v parném létě… Podmínkou využívání vodních toků či nádrží je vodosprávní řízení, na jehož konci by mělo být povolení správce nebo majitele, což celou záležitost poněkud komplikuje.Tam, kde není k dispozici vhodný zdroj povrchové vody, využívají se někdy její podzemní zdroje. V hloubce více než deset metrů pod povrchem je již teplota vody po celý rok stejná, což je pro správnou činnost systému optimální. Pramen však musí být vydatný a tepelná vodivost okolní horniny dostatečná.
Vzduch – vzduch
Nepříliš často se u malých systémů teplo pro činnost čerpadla odebírá ze vzduchu. Jde o zařízení typu vzduch – vzduch. Jeho nevýhodou je, že teplota venkovního vzduchu výrazně kolísá a nejnižší je právě v době, kdy by tepelné čerpadlo mělo dodávat tepla co nejvíce. Poněkud lepší možnost představuje vzduch z podzemních prostor, například sklepů, kanalizace, skladů a podobně, protože zde je teplota poměrně stálá a v zimě obvykle vyšší než teplota venkovní. Za příznivý vedlejší výsledek lze někdy považovat i ochlazování těchto prostor, zejména pokud tu skladujete třeba potraviny. Zdrojem tepla pro tepelné čerpadlo může být také větrací vzduch. Ventilačními systémy odchází vydýchaný a jinak znehodnocený vzduch, který ovšem z objektu odnáší také velké množství cenného tepla – a tepelné čerpadlo jej může opět vrátit. Nevýhodou však je jeho poměrně vysoká cena.
Stačí malé čerpadlo
Možná vás napadne, proč si nepostavit tepelné čerpadlo z nějaké vyřazené lednice či mrazáku? Odpověď zní: To nelze. Ve starých chladicích zařízeních je totiž médiem freon, který likviduje ozónovou vrstvu. Náš stát přistoupil k mezinárodním dohodám o ochraně ozónové vrstvy, proto je neodborná manipulace s takovýmito zařízeními zakázána. Dnes již naštěstí existují na trhu produkty vhodné svou velikostí i pro chaty, chalupy a rodinné domky. Jde o malá kompaktní čerpadla, která se na pohled trochu podobají třeba kotlům etážového topení. Vejdou se tedy nejen do sklepa, ale třeba i do koupelny či předsíně. Jsou značně univerzální a lze je napojit na mnoho zdrojů tepla, na jejichž kvalitu nemají nijak závratné požadavky.Přesto je pro instalaci tepelného čerpadla a především pro návrh a dimenzování celého topného systému vhodné zadat projekt specializované firmě. Aby bylo topení účinné, je třeba provést řadu výpočtů, které jsou mimo možnosti běžného uživatele, a také dokonale izolovanou stavbu. Nutnost dokonale izolovat stavbu, patrně kompletně nově vyřešit rozvody tepla a vyměnit radiátory za podlahové vytápění – to jsou důvody, proč je pro přechod na využití tepelného čerpadla nejlepší využít celkové rekonstrukce stavení, případně nové výstavby. Montáž je pochopitelně výhodnější u novostaveb, při rekonstrukcích starších objektů je třeba provést podstatně náročnější stavební přípravu. Pro správné vypracování návrhu systému je rovněž zapotřebí mít určitou představu o budoucím rozmístění nábytku, protože vyhřívat některé části zařízení bytu odspoda je nejen neúčelné, ale ani jim to příliš neprospívá. A k jednou zabudovanému systému se už stěží dostanete.
Doplňkové zdroje
Tepelná čerpadla jsou zdroji s poměrně nízkým teplotním potenciálem, nemusí proto stačit v obdobích s velkými mrazy, nebo při větším odběru teplé užitkové vody. Proto se často kombinují s jiným vytápěcím systémem (například přímotopy, akumulačními kamny nebo některým druhem plynu, topným olejem atd. Například poklesne-li venkovní teplota pod minus 5 stupňů Celsia, zapíná automatika doplňkový zdroj tepla; stejně reaguje, když poklesne teplota v zásobníku s teplou užitkovou vodou. Vzhledem k vysokým pořizovacím nákladům odborníci obvykle doporučují, aby se doplňkový zdroj podílel na celkovém výkonu systému jen asi 10 až 20 procenty. Z důvodů komplikované regulace a řízení provozu je významnou součástí systému řídicí jednotka ovládající systém čerpadel a ventilů, stejně jako čidla hlídající stav a správnou funkci jednotlivých prvků. Výjimkou nejsou topné systémy s tepelnými čerpadly ovládané počítačem, na němž si může uživatel nejen nastavit parametry provozu, ale také sledovat chod zařízení. Počítač také ohlašuje závady, nebo dokonce možnost, že by k nějaké mohlo v dohledné době dojít. Díky zapojení výpočetní techniky také lze sledovat systém na dálku prostřednictvím internetu. Není patrně daleko doba, kdy půjde tepelná čerpadla (podobně jako již dnes některé plynové kotle a elektrické systémy) sledovat a ovládat přes mobil odkudkoliv v dosahu mobilní sítě. Představa, že již cestou domů dáte systému příkaz, aby ohřál byt (bazén) na určitou teplotu, je nepochybně velmi příjemná…
FOTO 1 – Schéma čerpadla země/voda, které účinně využívá tepla zeminy
FOTO 2 – Tepelné čerpadlo voda/voda, napojené na zdroj podzemní vody
FOTO 3 – Tato tepelná čerpadla získávají teplo ze vzduchu; v prvním případě je instalováno venku a využívá vzduch z prostředí přímo, ve druhém je instalováno uvnitř domu a přivání i odvádí vzduch izolovaným potrubím
Graf 1 – Každé zdražení tradičních energií znamená pro majitele tepelného čerpadla rychlejší zhodnocení investice
Graf 2 – Vývoj provozních nákladů běžného rodinného domu od roku 1991 – a porovnání jejich výše po 15 letech (počítáme s mírným zvyšováním cen energie o 4 % ročně) Vytápěná plocha 200 m2
Tepelná ztráta 14 kW
Energie na vytápění: 26 000 kWh
Energie pro TUV: 3500 kWh
Platné ceny 8/2002
(Po 15 letech provozu dokáže tepelné čerpadlo oproti plynovému nebo elektrickému topení uspořit minimálně 300 až 350 tisíc korun. V porovnání s propanem je to přes 700 tis. korun.)
