Odpověď je jednoduchá. Dvě třetiny nákladů na údržbu domu souvisí s jeho vytápěním. Použitím levného zdroje tepla tedy můžeme zajistit nízké účty. A rostoucí popularita tepelných čerpadel a konkurence společností, které je vyrábějí, snižují cenu těchto zařízení.
Jak funguje čerpadlo
Tepelné čerpadlo čerpá svoji volnou energii z přírodního prostředí: země, podzemní voda a vzduch - to jsou spodní zdroje tepla. Poté jej přeměňuje na topné teplo a dodává jej do systému ústředního vytápění domu (hlavní zdroj tepla). Během provozu však spotřebovává elektřinu, která se používá k pohonu kompresoru, tj. Hlavního prvku, který čerpá tepelnou energii.
Princip fungování tepelného čerpadla je podobný jako u chladničky. Je založen na využití vlastností speciální tekutiny - tzv pracovní médium, které cirkuluje ve vnitřní instalaci čerpadla a podléhá periodickým fázovým změnám. Když přijímá teplo dodávané do čerpadla (ze země, vody nebo vzduchu), odpařuje se a mění se na plyn. Tento plyn je stlačován kompresorem, který zvyšuje jeho teplotu a tlak. Pak se ochladí a kondenzuje. Během kondenzace se uvolňuje velké množství tepla, které lze použít pro vytápění systémů ústředního vytápění. Po expanzi a uvolnění tepla prochází pracovní médium do kapalné fáze a celý proces začíná znovu.
Varování! Pokud plánujeme vytápět dům tepelným čerpadlem, nemusíme stavět komín ani poskytovat prostor pro sklad paliva.
Co je lepší - země, voda nebo vzduch
Při výběru tepelného čerpadla byste měli zvolit typ zdroje tepla. Zohledňuje mimo jiné faktory jako: klimatické pásmo, ve kterém se náš dům nachází, velikost pozemku, úroveň a chemické složení podzemní vody, potřeba tepla v domě a finanční možnosti investora.
Přízemní. Energii ze země lze sbírat horizontálním nebo vertikálním výměníkem (zemní sondy). Jsou to zakopané plastové trubky (obvykle vyrobené z PE polyethylenu), kterými protéká směs voda-glykol, zvaná solanka. Sbírá teplo ze země a přenáší ho do výparníku tepelného čerpadla.
Zemní kolektor. Při výběru vodorovného kolektoru jsou trubky uloženy vodorovně v hloubce 1,2 - 1,5 m pod úrovní terénu. Jednotlivé identické smyčky by neměly být delší než 100 m. Jinak by byl odpor proudění příliš vysoký. Vzdálenost mezi smyčkami závisí na průměru kabelů a je obvykle mezi 50 a 100 cm. Taková vzdálenost zaručuje rovnoměrný příjem tepla ze země.
Akumulační vlastnosti půdy závisí na její vlhkosti a struktuře. Budou tím větší, čím více je nasycen vodou, tím více minerálů obsahuje a tím nižší je jeho pórovitost. Proto jsou jílovité vlhké půdy lepší (příjem tepla na 1 m2 je pak 25–35 W / m2) než suché písčité půdy (jen 10–15 W / m2). Horizontální zemní kolektor je realizovatelný relativně levně, ale vyžaduje graf dostatečné velikosti.
Příklad. U tepelného čerpadla s topným výkonem 10 kW a průměrnou účinností odběru tepla ze země 25 W / m2 bude požadovaná plocha země pro pokládku zemního kolektoru přibližně 340 m2.
Zemní sondy. Jedná se o studny, obvykle do hloubky 100 m. Aby bylo možné je vrtat, musí investor získat povolení od vodohospodářského úřadu. Pokud jsou potřeba hloubky (nad 100 m), měl by mít souhlas báňského úřadu.
Nejčastěji po vytvoření prvního vrtu můžete přesně určit typ a strukturu půdy. Poté se na tomto základě zkontroluje, zda bude konstrukční délka sondy dostatečná nebo zda bude nutné vyvrtat hlubší studnu. Počet a hloubka vrtů závisí na tepelné potřebě budovy. Předpokládá se, že z jednoho metru kolektoru je možné získat 50-55 W tepelné účinnosti. Nepochybnou výhodou vertikálního kolektoru je, že se vejde i na malý pozemek. Jeho provedení je však nákladnější než horizontální.
Příklad. Aby bylo možné instalovat tepelné čerpadlo s topným výkonem 10 kW, za předpokladu průměrného výkonu sondy 50 W / m, budou zapotřebí dvě zemní sondy (dvě vrty) - každá hluboká 85 m.
Podzemní voda. Tento způsob spotřeby energie je vysoce efektivní díky relativně vysoké teplotě podzemní vody - na úrovni 7-12 ° C, a to i v zimě.
Podzemní voda je odebírána z čerpací studny a čerpána do výparníku tepelného čerpadla. Poté je ochlazená voda vypouštěna do absorpční studny - nebo vypouštěna studna.
Takový systém funguje správně a bez poruchy za předpokladu, že existuje přístup k vodě s vhodným chemickým složením. Často se však stává, že voda v průběhu času mění své složení (obsah železa nebo manganu stoupá nad přípustnou hladinu). Mohlo by dojít k poškození výparníku čerpadla. Proto se k jeho ochraně používá další mezilehlý výměník tepla.
Dalším problémem souvisejícím se získáváním tepla z podzemní vody je potřeba najít vodonosnou vrstvu s dostatečně vysokou účinností - asi 210 l za hodinu na každý kilowatt topného výkonu.
Příklad. Tepelné čerpadlo o výkonu 10 kW musí mít minimální průtok podzemní vody přibližně 2 100 l / h.
Venkovní vzduch. Je to nejlevnější instalace (nevyžaduje náklady na výrobu zdroje tepla ze země) a nejdostupnější zdroj energie.
Nejčastěji je celé tepelné čerpadlo umístěno mimo dům. Nejprve je vzduch nasáván potrubím, poté je teplo obsažené v něm shromažďováno ve výparníku a nakonec je opět odváděno ven. Moderní tepelná čerpadla mohou generovat teplo i při venkovní teplotě -20 ° C. Za takových podmínek však není pokryta celková potřeba tepla pro vytápění místností. Bude nutné ohřát topnou vodu na požadovanou teplotu, například elektrickým ohřívačem nebo krbem.
Důležité parametry
Při výběru a porovnání tepelných čerpadel používáme parametry poskytované výrobci. Jedná se obvykle o topný výkon a faktor účinnosti.
Topný výkon. V ideálním případě by měl výkon tepelného čerpadla definovat projektant topného systému. Je však možné nejprve odhadnout jeho velikost na základě jednotkové potřeby tepla budovy a vynásobit ji plochou domu. Zjednodušeně je to:
- 40 W / m2 - v nízkoenergetickém domě,
- 50 W / m2 - v domě s lepší tepelnou izolací, než požadují normy,
- 70 W / m2 - v domě s dobrou tepelnou izolací,
- 120 W / m2 - ve starších, méně zateplených domech.
Příklad. U rodinného domu s vytápěnou plochou 180 m2 s dobrou tepelnou izolací bude potřeba tepla 180 m2 × 70 W / m2 = 12 600 W = 12,6 kW.
Pokud tepelné čerpadlo bude také ohřívat užitkovou vodu, lze jeho výkon zvýšit o přibližně 0,25 kW na obyvatele. Když tedy v domě používají čtyři lidé teplou vodu, zvýší se výkon tepelného čerpadla o 1 kW.
Někteří odborníci se domnívají, že tepelné čerpadlo může být „poddimenzované“. Proto volí nižší výkon zařízení, než jaký dům požaduje pro teplo, za předpokladu, že chybějící výkon při silných mrazech bude doplněn dalším zdrojem tepla, například elektrickým ohřívačem. Bohužel to bohužel povede ke zvýšeným nákladům na vytápění.
Kromě toho bude tepelné čerpadlo s nižším výkonem pracovat bez přerušení, což výrazně zatěžuje spodní zdroj tepla (horizontální kolektor nebo zemní sondy), pro které je rozhodně výhodnější přerušovaná práce - upřednostňuje rychlejší regeneraci zdroje tepla.
Proto by měl topný výkon tepelného čerpadla odebírat energii ze země nebo podzemní vody odpovídat tepelné potřebě budovy.
Pouze vzduchové čerpadlo je navrženo s nižším výkonem, než jak vyplývá z výpočtů - pro 70-80% spotřeby tepla domu. Čerpadlo vybrané na 100% by bylo nejen velmi drahé, ale také nehospodárné. Proto se předpokládá, že během silných mrazů bude chybějící energie nahrazena elektrickým ohřívačem.
POLICAJT (Koeficient výkonu). Slouží k vyhodnocení účinnosti tepelného čerpadla. Vyjadřuje poměr topného výkonu tepelného čerpadla k množství spotřebované elektřiny. Pokud jsou parametry instalace správně zvoleny, COP dosáhne hodnoty 4. To znamená, že za každou dodanou kilowatthodinu elektřiny můžeme získat 4 kWh tepelné energie.
Koeficient COP významně kolísá v důsledku měnících se provozních podmínek tepelného čerpadla. Jeho hodnota závisí především na teplotě zdroje tepla a teplotě topné vody na výstupu z tepelného čerpadla. Při výběru nejlepšího zdroje je proto nejlepší zvolit systémy s nízkou teplotou výstupní vody, jako je podlahové vytápění.
Příklad. Počítáme náklady na 1 kWh topného tepla, pokud výrobce uvedl účinnost čerpadla na COP = 4.
Zaplacením 0,15 PLN za 1 kWh elektřiny dostaneme 4 kWh topného tepla. 1 kWh topného tepla nás tedy stojí asi 0,19 PLN.
Varování! Při hodnocení skutečných nákladů na vytápění je zohledněn také celkový výkonový koeficient zařízení COPIN. Určuje poměr dodaného topného tepla k spotřebě elektrické energie všech zařízení pracujících v zařízení: tepelná čerpadla, oběhová čerpadla a elektrický ohřívač. Jeho hodnota je proto nižší než COP samotného tepelného čerpadla.
Jaké jsou provozní náklady? Budeme
analyzovat legitimitu používání tepelného čerpadla na základě konkrétního domu. Představíme vybrané tepelné čerpadlo, hodnoty COP získané v jednotlivých měsících a náklady vynaložené na vytápění domu a užitkovou vodu.
Předpoklady. Analýza byla provedena pro rodinný dům o rozloze asi 200 m2, který se nachází nedaleko Opole. Žijí v něm čtyři lidé.
- Vypočítaná potřeba tepla je 11,3 kW.
- Jediným zdrojem tepla pro systém ústředního vytápění je tepelné čerpadlo s topným výkonem 10,8 kW. Energii odebírá ze země vertikálním zemním výměníkem tepla - zemními sondami. Byly provedeny dva vrty, každý o hloubce 91 m.
- Výrobce stanovil koeficient výkonu COP na 4,5 a spotřeba elektřiny byla 2,4 kW.
- Maximální teplota topné vody je 55 ° C. Zařízení využívá akumulační nádrž o objemu 600 l.
- Při ohřevu užitkové vody je tepelné čerpadlo podporováno elektrickým ohřívačem umístěným v ohřívači 300 l.
- Byl nainstalován duální tarifní elektroměr.
Výsledek. Množství tepla dodávaného tepelným čerpadlem bylo stanoveno na základě měřiče tepla instalovaného v domě. Na druhé straně byla z odečtu elektroměru odečtena spotřeba elektřiny všemi zařízeními pracujícími v instalaci (tepelné čerpadlo, oběhová čerpadla a elektrický ohřívač).
- Náklady na vytápění domu a užitkové vody v období od 1. září 2006 do 1. září 2007 činily 1076 brutto. Během tohoto období byla spotřeba elektřiny:
- v denním tarifu 178,9 kWh,
- v nočním tarifu 4094,3 kWh.
- V topné sezóně 2007/2008 byly zaznamenány výdaje na elektřinu v jednotlivých měsících (viz tabulka níže). Když se tyto hodnoty sečtou, dosáhly celkové náklady na vytápění domu a užitkové vody hrubých 1160.
Bylo zjištěno, že více než 70% tepla potřebného k vytápění je odebíráno ze země a podíl elektřiny nepřesahuje 30%. Tepelné čerpadlo obvykle pracovalo od 7 do 10 hodin denně (také při venkovních teplotách do -10 ° C). Taková krátká doba provozu je možná díky velmi dobré tepelné izolaci celého domu a využití vlastností akumulace tepla podlahovým vytápěním a použití vysokokapacitního vyrovnávacího zásobníku topné vody. Kromě toho jsou tyto nízké provozní náklady ovlivněny také skutečností, že tepelné čerpadlo pracuje a odebírá elektřinu pouze za levnější noční tarif (mezi 13:00 - 15:00 - 22:00 - 6:00)Na druhou stranu dlouhé přestávky v provozu tepelného čerpadla během dne podporují rychlejší regeneraci půdy.
Odhadované náklady na vytápění tohoto domu jinými zdroji tepla (plyn, olej, tuhá paliva nebo elektřina) jsou uvedeny v tabulce výše. K jejich vývoji byly použity ceny pohonných hmot od března 2008.
Pro koho se doporučuje
Tepelné čerpadlo lze instalovat do nových i modernizovaných domů. Doporučuje se zejména jako alternativa k vytápění topným olejem nebo zkapalněným plynem.
Toto řešení také stojí za zvážení, když jsou náklady na připojení zemního plynu velmi vysoké (kvůli značné vzdálenosti od plynové sítě). Tepelné čerpadlo je nejlepším řešením pro energeticky účinné domy s nízkou potřebou tepla. Čím je budova teplejší, tím nižší budou náklady na vytápění a tím levnější bude instalace (nákup čerpadla s větším výkonem je dražší).
Jak je známo, účinnost tepelného čerpadla, a tedy i jeho provozní náklady, závisí do značné míry na teplotním rozdílu mezi horním a dolním zdrojem. Aby se tento rozdíl v domě, který bude vytápěn tepelným čerpadlem, minimalizoval, měl by se použít nízkoteplotní topný systém, tj. Podlahové vytápění.
Ačkoli tepelné čerpadlo může pracovat také s radiátory, aby takový systém fungoval relativně efektivně, neměla by teplota vody v jejich přívodu překročit 50-55 ° C (u tradičního vytápění je to obvykle 75 ° C). To souvisí s jejich zvětšením velikosti (musí mít dostatečný výkon, aby zajistily požadovanou teplotu v místnosti uživatelem). A pokud to není možné, mělo by být v dané místnosti navrženo několik topných těles místo jednoho, což samozřejmě zvyšuje náklady na systém.
Nelze říci, že tepelné čerpadlo je dobrým řešením pro všechno. Jeho samotné použití nezaručuje nízké náklady na vytápění domu. Musí se počítat pro každou budovu zvlášť. Není pochyb o tom, že s růstem cen pohonných hmot bude vytápění pomocí čerpadel stále výnosnější.
Typy tepelných čerpadel
V závislosti na typu zdroje tepla (první část v názvu čerpadla) a za předpokladu, že topný systém v domě bude vyroben z vody (druhá část názvu), lze tepelná čerpadla rozdělit na:
- solanku-vodu - odebírají energii z půda prostřednictvím zprostředkujícího faktoru (solanky) a vrátit ji do systému ústředního vytápění;
- voda-voda - odebírají energii z podzemní vody a přenášejí ji do topného systému;
- vzduch-voda - energie se shromažďuje ze vzduchu a poté se přenáší do topného systému.
Nejen pro vytápění
Tepelná čerpadla se nepoužívají pouze k vytápění vašeho domu. V létě mohou také připravit teplou vodu nebo ochladit budovu.
Horká voda. Často se připravuje v samostatném zásobníku, jehož kapacita se obvykle pohybuje mezi 300 a 500 l. Vytvoření takového samostatného a velkého zásobníku však vyžaduje prostor. Proto stále více společností nabízí kompaktní zařízení, ve kterých mají čerpadlo a zásobník společný kryt.
Chlazení. Lze jej implementovat dvěma způsoby. V první z nich je obrácené fungování tepelného čerpadla, takže funguje jako chladnička. Druhý používá nízkou teplotu půdy nebo podzemní vody k chlazení místností, například podlahovým vytápěním.
