Tepelné čerpadlá - Váš nový stupeň pohodlia                                                             

EU a Slovensko v súčastnosti prechádza obdobím, kedy do popredia sa presúvajú novšie zdroje tepla. Jedným z nich sú aj tepelné čerpadlá.
Aplikovaním tepelných čerpadiel dokážeme efektívne nahradiť predchádzajúce, zaužívané zdroje tepla.
Nezávislosť tvorby tepla, napr. od plynu, bude v nadchádzajúcom období potrebná, ak nie nevyhnutná.
Prinášame vám krátky popis, ako tepelné čerpadlá fungujú, kto je tvorcom prvého tepelného čerpadla, atď.
Je až fascinujúce si uvedomiť, že princíp a fungovanie prvého TČ čoskoro oslávi 100 rokov!
Za toto obdobie môžeme vidieť obrovský pokrok, v oblasti chladiarenskej techniky, resp. v oblasti princípu, funkcie samotného chladiarenskeho okruhu.
Vývoj v oblasti chladív napreduje. (vďaka tlaku zo strany životného prostredia). Prináša to vyššiu energeticku efektivitu samotných chladiacich okruhov. Zaujímavosťou je, že sa vraciame k použitiu chladív, zo samého začiatku chladiacich okruhov, napr. použitie CO2, R290 propán.
Ale aby sme sa posunuli ďalej..
My v DeKERTe vnímame túto potrebu a sme pripravení rozbehnúť sezónu tepelných čerpadiel, ako zdroja tepla, ešte skôr, ako príde zima.
Veríme, že v rozumnej miere sa výrobcovia TČ posnažia s dodaním potrebných množstviev a to nám umožní byť viacej flexibilný.
Do pozornosti dávame aj možnosť použitia klimatizácií ako zdroja tepla.
Výhodou TČ vzduch vzduch (a nimi sú aj aplikácie použitia klimatizácií, ako zdroja tepla), je vyššia účinnosť prenosu tepla do interiéru, ako v prípade použitia vzduch voda.
Problematika a možnosti súrozsiahle.

Ing. Ján Laboš, PhD.,
DeKERT
Váš dodávateľ klimatizácií a tepelných čerpadiel.

Tepelné čerpadlá premieňajú energiu nahromadenú vo vzduchu, zemi a vode na vykurovacie teplo. No nielen to – v letných mesiacoch zabezpečia tieto zariadenia navyše aj príjemne chladenie vo vašej domácnosti a v kombinácii so zásobníkom teplej vody ohrev vody.

Ideálne riešenie pre ohrev vody, vykurovanie a chladenie

Čo je to tepelné čerpadlo? Vysvetlenie je jednoduché!

Tepelné čerpadlo premieňa energiu nahromadenú vo vzduchu, zemi a vode na vykurovacie teplo. No nielen to – v letných mesiacoch zabezpečia tieto zariadenia navyše aj príjemne chladenie vo vašej domácnosti a v kombinácii so zásobníkom teplej vody ohrev vody. Energia nakumulovaná v týchto troch elementoch je pre nás permanentne k dispozícii. Riešenia dodávané našou spoločnosťou DeKERT, ponúkajú vysoko účinné tepelné čerpadlá pre každú domácnosť a každú situáciu z hľadiska dostupného miesta – či už ide o novostavbu alebo rekonštrukciu, vnútornú alebo vonkajšiu inštaláciu.

Ako funguje tepelné čerpadlo?

Pomocou tepelného čerpadla sa dá energia z okolitého prostredia premeniť na teplo pre váš domov. Dostupné teplo obsiahnuté vo vzduch, zemi, alebo vode sa najskôr privedie pomocou výmenníka tepla (nazývaného výparník) k chladiacemu médiu. Chladiace médium dostane túto energiu pomocou kompresora na vyššiu teplotnú úroveň, aby sa prostredníctvom ďalšieho výmenníka tepla (nazývaného kondenzátor) dala zužitkovať pre vykurovanie alebo ohrev vody. V závislosti od zdroja energie je pre vykurovanie a ohrev vody možné získať až štyri jednotky tepelnej energie na jednu jednotku elektrickej energie.

Odkiaľ získava tepelné čerpadlo energiu zadarmo?

Zo vzduchu

Vzduch zohriaty slnkom je dostupný všade. Keď je potrebná väčšina vykurovacieho tepla – napríklad v zime – je vzduch ako zdroj tepla najchladnejší. Tepelné čerpadlá vzduch-voda však dokážu aj pri teplote vonkajšieho vzduchu -20 °C stále odobrať dostatok energie na vykurovaciu prevádzku. Osobitnou výhodou je jednoduchá inštalácia tepelného čerpadla vzduch-voda, keďže odpadávajú rozsiahle zemné práce alebo vŕtanie studne, ako je to napríklad pri tepelných čerpadlách zem-voda a voda-voda.

Zo zeme

V strednej Európe zostáva zem v hĺbke približne od 1,20 m do 1,50 m aj cez chladné zimné dni dostatočne teplá na hospodárne prevádzkovanie tepelných čerpadiel. Vďaka tomu nepodliehajú tepelné čerpadlá zem-voda ani pri teplotách pod bodom mrazu výkyvom výkonu. Absorbujú teplo z pôdy prostredníctvom podzemných potrubí, cez ktoré preteká ekologická zmes soľanky. Táto zmes nezamŕza a odvádza zachytené teplo k výparníku tepelného čerpadla. Tepelné čerpadlá zem-voda sa odlišujú podľa spôsobu inštalácie. Potrebný systém potrubí sa dá umiestniť do hĺbkového vrtu alebo sa zapustí horizontálne. Výhodou zemných sond zapustených v zemi horizontálne je skutočnosť, že nepotrebujú toľko miesta.

Horizontálne uložené zemné kolektory naproti tomu potrebujú približne dvakrát až trikrát toľko zemnej plochy ako je vykurovaná obytná plocha. Ak však máte dostatočne veľký pozemok, máte nevyčerpateľnú rezervu energie a ideálne predpoklady na používanie tepelného čerpadla zem-voda. Tieto čerpadlá navyše nevyžadujú takmer žiadnu údržbu.

Z vody

Podzemná voda je dobrým zásobníkom slnečného tepla. Aj cez tie najchladnejšie zimné dni zachová konštantnú teplotu v rozmedzí od +7 °C do +12 °C. Vďaka konštantnej úrovni teploty zdroja tepla je účinnosť tepelného čerpadla voda-voda počas celého roka takmer rovnaká. Podzemná voda nie je všade k dispozícii v dostatočnom množstve a vo vhodnej kvalite. Ak je využitie podzemnej vody možné, vždy sa to oplatí. Na využite tepla je potrebná sacia studňa a vsakovacia studňa.

Ďalšie výrazy na tému tepelných čerpadiel

• Tepelné čerpadlo
• Tepelné čerpadlo vzduch-voda
• Tepelné čerpadlo voda-voda
• Podlahové vykurovanie
• Tepelné čerpadlo zem-voda
• COP tepelného čerpadla
• Tepelný výkon

Tepelné čerpadlo

• Tepelné čerpadlo je zariadenie, pomocou ktorého sa dá využiť energia vonkajšieho prostredia: vzduchu, zeme alebo vody. Hoci toto prostredie obsahuje veľké množstvo obnoviteľnej energie, má nízku teplotu.
• Tepelné čerpadlo dokáže pomocou hermeticky uzavretého chladiaceho okruhu s kompresorom túto nízkopotenciálnu energiu previesť do vykurovacej vody s teplotou, ktorá je vhodná pre vykurovanie a prípravu teplej vody.
• Tepelné čerpadlo je teda obnoviteľný zdroj energie – OZE. Môže veľmi dobre spolupracovať s ďalším OZE – fotovoltikou, pretože „dokáže“ teplo akumulovať – do akumulačného zásobníka a do samotnej stavby.

Existuje niekoľko spôsobov, ako odoberať vonkajšie teplo:

• zemný plošný kolektor,
• zemný vrt (sonda),
• čerpanie podzemnej vody,
• zo vzduchu.

Používanie tepelného čerpadla šetrí aj životné prostredie. Nespaľujú sa pri ňom fosílne palivá, teda neobnoviteľné zdroje energie, a nevznikajú tak skleníkové plyny.

Tepelné čerpadlo vzduch-voda 

Tepelné čerpadlo vzduch-voda je prístroj, ktorý umožňuje výhodne získavať teplo zo vzduchu. Toto teplo je totiž „zadarmo“, pretože ho získavame zo slnka. Jadrom tepelného čerpadla vzduch-voda je chladiaci okruh, v ktorom cirkuluje chladivo. To má na studenej strane vo výparníku takú nízku teplotu, že môže preberať teplo zo vzduchu aj v zime pri teplotách pod -20°C.

Chladivo, „obohatené“ o energiu odobratú vonkajšiemu vzduchu, potom kompresorom prudko stlačíme, čím jeho teplota vzrastie na hodnoty potrebné pre vykurovanie. Chladivo následne celkovú energiu zo vzduchu, ako aj elektrickú energiu z kompresora, odovzdá v kondenzátore vykurovacej vode.

Tepelné čerpadlá majú reguláciu výkonu a často aj reverznú prevádzku, takže v lete sa nimi dá chladiť. Ich súčasťou je aj výkonný regulátor, ktorý v dome zaisťuje teplotu podľa želania a na základe vonkajšej teploty aj prípravu teplej vody a chladenie počas leta.

Tepelné čerpadlo voda-voda

Tepelné čerpadlo voda-voda je vlastne len iné použitie systému zem-voda, pri ktorom energiu odoberáme z nejakého zdroja vody. Môže ním byť napríklad studňa alebo povrchový vodný tok, t.j. potok, rieka, veľký rybník alebo jazero.

Spotreba vody pre vykurovanie tepelným čerpadlom je však veľká, musíme počítať najmenej s 0,3m3/ hod na 1 kW tepelnej straty domu. Pri bežnom rodinnom dome však ide o 2 až 5 m3/ hod. Na Slovensku sú vhodné podmienky pre inštaláciu takýchto tepelných čerpadiel situované na rovine, v údoliach dolín, pri riečnych tokoch a jazerách. Studničnú vodu musíme vracať do zeme, a to do rovnakej zvodne (vodonosnej vrstvy), z ktorej sme ju odobrali. Inak by sme porušovali tzv. vodný zákon (konkrétne Zákon č. 364/2004 Z. z.). Povrchové vodné toky majú svojich majiteľov, ktorí musia používanie tejto vody schváliť. V prípade rybníkov je majiteľ uvedený v katastri nehnuteľností. V prípade riek a priehradných jazier zas ide o príslušné povodie.

Používaná voda sa ochladzuje, s čím majitelia a správcovia povrchových vodných tokov nie vždy súhlasia. V zimnom období je navyše povrchová voda blízko bodu mrazu. Preto je potrebné čerpať z nej veľké množstvo, aby sa ju podarilo ochladiť, čo i len o niekoľko desatín °C a aby z výmenníku vôbec vytiekla.

Toto riešenie tak zväčša nepatrí medzi energeticky výhodné. Iná situácia nastáva, keď je k dispozícii chladiaca voda z nejakého priemyselného procesu. Potom je možné využívať odpadové teplo, čo je vždy veľmi výhodné. Okrem toho, že je odpadové teplo zdarma, ešte sa ušetrí pri prevádzke základného chladiaceho prístroja.

Podlahové vykurovanie

Podlahové vykurovanie spolu so stenovým a stropným vykurovaním patrí medzi spôsoby plošného vykurovania. Vykurovaciu plochu tvorí niektorá zo stien, ktoré ohraničujú vykurovaný priestor – strop, stenu či podlahu. Najčastejšie využitým spôsobom je podlaha, no v nových domoch s nízkou tepelnou stratou môže byť výhodnejšie využitie stropu: pomocou neho sa v lete dá príjemne chladiť. Moderné tepelné čerpadlá zvyčajne disponujú funkciou letného chladenia v základnej dodávke prístroja. Plošné vykurovanie umožňuje zdieľať teplo alebo chlad do vykurovaného priestoru sálaním.

Podiel tepelného toku sálaním pri stropnom vykurovaní je asi 80 %, v prípade stenového 65 % a podlahového 55 %, pričom konštrukčné prevedenie vykurovanej plochy môže byť rôzne – teplovodné alebo elektrické, akumulačné alebo priamovýhrevné.

Pozn: TČ optimílne pracuje s teplotným spádom 35/29 st. Ak ste teda ešte vo fáze, kedy viete ovplyniť dĺžku trubiek pre podlahové kúrenie, resp. stropne chladenie, oporúčame zväčšiť dĺžku, priemer trubiek, atď. čím dôjde k zväčšeniu plochochy pre vyžiarenie potrebného výkonu kúrenia/chladenia. Upozorňujeme na to, nakoľko mnohé výpočty/návrhy od projektantou sú stáí

Tento fakt je jeden z najdôležitejších parametrov pri návrhu kúrenia ako celku. 

Tepelné čerpadlo zem-voda

Tepelné čerpadlo zem-voda dokáže pomocou hermeticky uzavretého chladiaceho okruhu s kompresorom využiť nízkopotenciálnu energiu, ktorá je uložená v horninách, a previesť ju do vykurovacej vody s teplotou vhodnou pre vykurovanie a prípravu teplej vody.

Tepelné čerpadlo zem-voda patrí medzi obnoviteľné zdroje energie – OZE. 

Existujú 3 spôsoby, ako odoberať teplo zo zeme:

• zemným plošným kolektorom,
• zemným vrtom (sondou),
• čerpaním podzemnej vody.

Zemný plošný kolektor je akumulátor tepla. Ide v podstate o obrí solárny kolektor. Slnko do neho v teplejšom období ukladá teplo. Vo vykurovacej sezóne si ho následne „vyberie“. Zemný vrt využíva hlbinné zemské teplo. Jeho hĺbka je zvyčajne medzi 80 a 130 m, priemer okolo 175 mm. Do vrtu sú uložené 1 alebo 2 rúry v tvare U. Sú zo špeciálneho plastu a naplnené nemrznúcou zmesou.

Tepelné čerpadlo voda-voda je systém, v ktorom zemské teplo odoberáme pomocou podzemnej vody. Tú nasávame zo sacej studne po odobratí tepla v tepelnom čerpadle a vraciame do rovnakej vodonosnej vrstvy vsakovacej studne.

COP tepelného čerpadla

Účinnosť prenosu tepla tepelným čerpadlom popisuje tzv. vykurovací faktor (tiež „výkonové číslo“). Ide o bezrozmerný parameter, ktorý udáva, koľkokrát viac tepla bolo dodaného do domu v porovnaní s tým, koľko elektriny sa odobralo z elektrickej siete.

Hrúbka čiary na obrázku symbolizuje množstvo energie v chladive na rôznych miestach chladiaceho okruhu.

Na teplotách na obrázku vidíme, na základe čoho je možný prenos tepla zo studeného vonkajšieho prostredia do vykurovacieho systému. Na základe pravého obrázka teda:

Vykurovací faktor je dôležitý pre posúdenie kvality tepelného čerpadla. Meria sa podľa normy STN EN 15316-4-5. Hoci ho výrobca môže merať sám vo svojom laboratóriu, kvalitní a dôveryhodní výrobcovia si vlastnosti svojich tepelných čerpadiel nechávajú overiť v nezávislých skúšobniach.

Pri výbere tepelného čerpadla je preto dobré spýtať sa na spôsob overenia.

Tepelný výkon

Tepelný výkon tepelného čerpadla je počas sezóny premenlivý. Je ovplyvnený teplotou zdroja (vonkajší vzduch, teplota vrtu) a súčasne aj teplotou vykurovacieho systému, ktorá sa mení v závislosti od vonkajšej teploty. Výkon tepelného čerpadla pre daný dom preto nevolíme priamym porovnaním s tepelnou stratou, ale na základe jeho ročnej energetickej bilancie v danom dome. Potrebujeme na to špeciálny softvér. Pracovať môžeme i s diagramami a tabuľkami, ktoré má výrobca vo svojej technickej dokumentácii. V každom prípade je to práca pre odborníka – projektanta.

Rozhodnutie do budúcnosti

Tepelné čerpadlá sú ekologickou voľbou pre vykurovanie s nízkymi emisiami. Zníženie emisií CO2 v porovnaní s fosílnymi palivami je až 75 % a oslobodzujú majiteľov od závislosti na fosílnych palivách. Vďaka pozitívnemu dopadu na životné prostredie sú tepelné čerpadlá nadčasové a podporované výhodnými dotáciami.

Zdroje:

• https://www.stiebel-eltron.sk/sk/produkty-a-riesenia/obnovitelne_energie/tepelne_cerpadla.html
• https://www.vaillant.sk/pre-zakaznikov/poradenstvo-a-informacie/nase-technologie/tepelne-cerpadla/