Tepelná čerpadla

Firma Solarius Energy se stala významným průkopníkem v oblasti konstrukce tepelných čerpadel.

Obecně o tepelných čerpadlech:

Tepelné čerpadlo je stroj, který přečerpává teplo z jednoho místa na druhé s vynaložením vnější práce. Bývá to obvykle z chladnějšího místa na teplejší, může tomu však být ale i naopak. Nejznámějším využitím principu tepelného čerpadla je chladnička a klimatizace, v poslední době se využití tohoto principu zaměřilo i na některé druhy vytápění.

Nejčastějším principem je kompresorové tepelné čerpadlo. Systém spočívá na Carnotovu cyklu, který se v přímém provedení využívá u tepelných motorů.Chladící médium v plynném stavu je stlačeno kompresorem a pak vpuštěno do kondenzátoru. Zde odevzdá svoje skupenské teplo. Chladící médium po kondenzaci projde expanzní tryskou do výparníku, kde skupenské teplo za nižší teploty a tlaku přijme a odpaří se. Cyklicky se toto opakuje pokračováním do kompresoru …

Jednou z významných charakteristik práce tepelného čerpadla je tzv. topný faktor (COP). Je to ukazatel, který vypovídá o účinnosti tepelného čerpadla poměrem vyrobeného tepla ke spotřebované energii.

Tepelná čerpadla pro vytápění rodinných domů:

Tepelné čerpadlo země / voda

• Princip: teplo je ze země do vody předáváno cyklicky obíhající nemrznoucí kapalinou, která má nízkou teplotu varu. Kapalina v plynném stavu shromažďuje teplo v potrubí uloženém do vrtu nebo v kolektoru pod povrchem země. Do systému je zařazen  i kompresor pro dosažení požadované vysoké teploty.
• Cyklus: v plastové trubce, několik set metrů dlouhé (zemním kolektoru), teče velmi chladná nemrznoucí kapalina, která se průchodem zemí ohřívá (v nezámrzné hloubce je stálá teplota cca 4 °C). Odtud putuje do prvního výměníku, kde předá teplotu plynnému médiu v okruhu kompresoru, tam  se plyn stlačí, výrazně se tím zahřeje a ve druhém výměníku předá topné kapalině získaný tepelný přírůstek.
• Odebírat nízkopotenciální energii ze země můžeme pomocí horizontálního plošného kolektoru, nebo z vertikálního vrtu.

Tepelné čerpadlo vzduch / voda

• V tomto systému je teplo je odebíráno ze vzduchu přes výparník tepelného čerpadla, přes který proudí venkovní vzduch. Výhodou tohoto zařízení jsou nízké pořizovací náklady a nenáročná instalace. Základ vychází z tepelného čerpadla vzduch/vzduch tedy klasického principu klimatizace. Systém je doplněn o takzvaný Hydrobox, který převádí teplo do topné kapaliny. Nevýhodou je závislost topného faktoru na teplotě okolního vzduchu, která tím účinnost tohoto zařízení významně ovlivňuje. V dnešní době tato zařízení efektivně pracují  do teploty cca -15 °C. Při nižších teplotách je v Hydroboxu instalován malý elektrokotel, který pomáhá tepelnému čerpadlu dosáhnout požadované teploty kapaliny. V současné době je tento způsob vytápění budov považován spolu s kondenzačními plynovými kotly za nejekonomičtější.

Tepelné čerpadlo voda / voda

• Čerpadlo tohoto principu získává teplo z vody, nejčastěji ze studny. Je potřeba mít dvě studny, jednu čerpací a druhou vsakovací. Voda se převádí z jedné studny do druhé přes výparník. Tento způsob se u nás v podstatě nepoužívá vzhledem k jeho vysoké náročnosti na podmínky a údržbu.

Tepelné čerpadlo vzduch / vzduch

• Tento systém je jako zdroj vytápění nutno brát s rezervou, tyto systémy jsou většinou konstruovány především jako klimatizace, která ale v zimě může pracovat  i obráceně, tedy jako tepelné čerpadlo. Hodí se zejména na přitápění v období jara a podzimu.
• Moderní tepelná čerpadla disponují elektronickým expanzním ventilem. Naopak použití frekvenčních měničů se ukazuje jako ekonomicky nevýhodné, protože se prodlužuje doba chodu kompresoru, který musí na snížený výkon pracovat déle a tím se zvyšuje jeho opotřebení. Velkou nevýhodou inverterových systémů je skutečnost, že při nízkých otáčkách kompresoru je nasáváno malé množství suchých par chladiva a tím i malé množství oleje, který je s chladivem smíchán. Kompresor není dostatečně mazán. K opotřebení a tudíž i ke snížení životnosti dochází mnohem dříve než u motorů bez této technologie. Dalším argumentem proti použití inverteru je jeho hlučnost. Standardní tepelné čerpadlo „fix-speed“ má minimální hlučnost, která se pohybuje okolo 40 dB, vesměs v kmitočtovém pásmu 50/100 Hz. Tento hluk neobsahuje škodlivé vysoké harmonické kmitočty. Naproti tomu inverter často vydává nepříjemné pískání, které se obtížněji eliminuje a může působit rušivě nejen pro lidi, ale také pro zvířata, která slyší vyšší kmitočty daleko lépe než člověk.

Tepelné čerpadlo se označuje dvojslovem, kde první slovo (před lomítkem) znamená zdroj, odkud se energie čerpá a druhé slovo označuje teplosměnné médium.

Přehledné rozdělení konstrukčních řešení tepelných čerpadel:

Vzduch / voda

(+): nejlevnější, možnost změny umístění
(-): zimní provoz (horší COP), velký rozdíl výkonu v létě a zimě, konstrukčně
složitější zařízení, nutno řešit odtávání námrazy na výparníku

Odpadní vzduch / voda

(+): stálé pracovní podmínky (při vysoké teplotě odpadního vzduchu je vysoké
COP)
(-): dostupnost vhodné odpadního vzduchu v blízkosti místa spotřeby tepla

Země / voda s horizontálním výměníkem

(+): téměř stálé podmínky (dobré COP), levnější než provedení s vrtem
(-): potřeba větší plochy pro instalaci horizontálního výměníku, kolísá teplota

Odpadní voda / voda

(+): stálé pracovní podmínky (při vysoké teplotě odpadní vody je vysoké COP)
(-): dostupnost vhodné odpadní vody v blízkosti místa spotřeby tepla

Země / voda se svislým zemním vrtem

(+): stálé podmínky (dobré COP), možnost pasivního chlazení
(-): větší investiční náklady na tepelné čerpadlo a vrt

Voda / voda

(+): stálé pracovní podmínky (vyšší COP)
(-): výskyt vhodných zdrojů

Hybridní

(+): stálé pracovní podmínky (při vysoké teplotě odpadní vody je vysoké COP)
(-): dostupnost vhodné odpadní vody v blízkosti místa spotřeby tepla

Přednosti tepelného čerpadla voda/voda:

Vysoce účinné, úsporné, šetřící životní prostředí

• tepelná čerpadla voda/voda jsou určena pro vytápění a přípravu teplé vody
• získávají zdarma až 80 % tepelné energie z obnovitelných zdrojů v okolí
• vysoce účinné s COP až 5,6 při W10/W35 (ČTN EN 14511)
• zabudované vysoce efektivní čerpadlo EEI < 0,23
• nevyžadují komín, systémy pro odvod spalin, ani prostor ke skladování paliva

Všechno pod kontrolou, jednoduché ovládaní

• integrovaný měřič tepla
• vše přístupné zepředu
• ovládaní manažerem tepelného čerpadla s integrovaným ovládacím modulem
• regulaci lze rozšířit o další prvky regulačního systému k ovládání dalších zdrojů energie, např. solárního systému

Vhodné řešení pro každého

• kompaktní a prostorově nenáročné zařízení
• elektrický ohřevný článek 6 kW - monovalentní provoz
• se zásobníkovým ohřívačem vody jako sestava pro montáž na sebe (kompaktní řešení vytápění a ohřevu vody)

Také jako zdroj pasivního chlazení

• spolu s modulem pasivního chlazení
• využívají nižších hodnot geotermálního tepla v letním období prostřednictvím zemních sond nebo využitím
• nízké hladiny tepla spodních vod,
• nejlevnější a nejekologičtější způsob chlazení, protože k němu není nutné provozovat kompresor