Žádný odpovědný odborník nevybírá tepelné čerpadlo, aniž by znal podmínky, v nichž bude fungovat. Před rozhodnutím by měl mimo jiné vědět: jaké jsou možnosti získávání tepelné energie z prostředí (vzduch, voda, půda), ve kterém se dům nachází, jaká je potřeba tepla a zda bude čerpadlo jediným zdrojem vytápění zajišťujícím správnou teplotu v domě . Teprve po analýze těchto informací může vybrat optimální tepelné čerpadlo z hlediska rentability investic a následných provozních nákladů.
Účinnost tepelného čerpadla
Koeficient COP se používá k posouzení účinnosti tepelného čerpadla. Jeho hodnota určuje, kolik tepelné energie čerpadlo přenese do budovy ve vztahu k energii odebrané z elektrické sítě.
Hodnota COP významně kolísá v důsledku měnících se provozních podmínek čerpadla a závisí na rozdílu mezi teplotou dolního a horního zdroje tepla. Čím větší je, tím nižší je účinnost čerpadla. Jeho výkon také klesá se snižováním teploty zdroje tepla, kterým je obvykle vzduch, voda nebo půda.
Například jeden z výrobců uvádí, že jeho čerpadlo má výkon přibližně 10 kW a účinnost COP 4,5 při teplotě zemního zdroje + 5 ° C a teplotě horního zdroje + 35 ° C. To znamená, že z každé dodané kilowatthodiny elektřiny můžeme získat 4,5 kWh tepelné energie. Na druhou stranu, při teplotě dolního a horního zdroje -10 ° C, respektive + 50 ° C, bude jeho výkon přibližně 5,8 kW a COP poklesne pod 3.
Dalším důležitým parametrem ovlivňujícím účinnost čerpadla je teplota horního zdroje tepla. Pokud je příliš vysoká, snižuje to ziskovost používání čerpadla.
Energie ze země
Můžeme ji využít vytvořením vodorovného nebo svislého kolektoru.
Horizontální kolektor je vyroben z trubek uspořádaných ve spirále nebo navzájem rovnoběžně v zemi. Trubky jsou naplněny roztokem glykolu nebo plynu, který přijímá teplo ze země a přenáší ho do tepelného čerpadla. Takový spodní zdroj vyžaduje pozemek dostatečné velikosti, často dokonce dvakrát větší než plocha vytápěného domu.
Vodorovný kolektor je umístěn pod mrazivou zónou, tj. V hloubce 1,2 - 1,8 m. Je proto po celý rok vystaven velkým výkyvům teplot.
Na začátku topné sezóny, když je země teplá, může teplota zdroje tepla dosáhnout až + 15 ° C. Pak tepelné čerpadlo funguje perfektně. Například jeho účinnost COP může být kolem 5 (při 35 ° C teploty přívodu horního zdroje). Avšak již na konci topné sezóny - zejména když byla povrchová úprava kolektoru provedena bez jakékoli rezervy - může teplota zdroje tepla klesnout i pod -10 ° C a pak COP čerpadla bude kolísat kolem 2 nebo dokonce méně. A pokud je zima také mrazivá, může zem zmrznout, což bude mít za následek nouzové vypnutí tepelného čerpadla. Navíc se taková půda bude regenerovat mnohem déle.
Jak vidíte, horizontální kolektor se vyznačuje velkou kolísáním výkonu a účinnosti tepelného čerpadla, proto by při jeho rozhodování měl být výrazně předimenzován.
Svislý kolektor se skládá z vrtů provedených dokonce do hloubky 150 m, do kterých jsou vloženy trubky končící tvarovkou ve tvaru U a naplněné glykolovým roztokem. Tento typ zdroje tepla se vyznačuje vysokou teplotní stabilitou. V dobře připravených jamkách má glykol konstantní teplotu (+ 2 ° C), bez ohledu na roční období.
Navíc není nutná velká plocha pozemku. Jedinou nevýhodou tohoto řešení jsou vyšší výrobní náklady než horizontální kolektor.
Tepelné čerpadlo poháněné svislým kolektorem má konstantní výkon a vysokou účinnost po celou topnou sezónu - hodnota COP je mírně nad 4.
Energie podzemní vody
Toto je jeden z nejúčinnějších způsobů získávání obnovitelné tepelné energie. Podzemní voda má vysokou teplotu bez ohledu na roční období. V závislosti na regionu země se pohybuje od +8 do + 12 ° C.
Voda je přímo čerpána přes výměník tepelného čerpadla, takže nedochází k žádným teplotním ztrátám na stěnách potrubí položených v zemi, jako je tomu například u vodorovných kolektorů. Díky tomu může COP tepelného čerpadla dosáhnout dokonce 5.
Pro získání energie z podzemní vody jsou obvykle vyvrtány dvě studny. Z prvního se odebírá voda a do druhého se kapá ochlazená o několik stupňů. Jamky by měly být od sebe vzdáleny nejméně 20 m a dosáhnout stejné zvodnělé vrstvy.
Bohužel toto řešení má řadu omezení souvisejících s dostupností vody a stálostí jejích chemických parametrů. Pokud jsou vodní vrstvy hluboké (pod 30 m), náklady na elektřinu související s provozem oběhového čerpadla snižují účinnost celého systému a náklady na stavbu samotného vrtu budou značné. Dalším problémem je variabilita chemie vody. Často se stává, že po určité době v něm obsah železa, vápníku a dalších minerálů vzroste nad přijatelnou hladinu. To způsobí ucpání výtlačného vrtu a výměníku v tepelném čerpadle, a tím znehybnění zařízení. Přestože podzemní voda může být nejlevnějším zdrojem tepla, je to také nejrizikovější investice.
Energie ze vzduchu
Tento zdroj energie je stále podceňován, přestože je jedním z nejlevnějších (nevyžaduje žádné zemní práce). Obavy investorů pramení ze skutečnosti, že výkon a účinnost tepelného čerpadla klesá s poklesem venkovní teploty.
To je nepochybně velmi nepříznivý jev. Čím nižší je teplota venkovního vzduchu, tím více energie potřebujeme k vytápění domu a čerpadlo je pak méně účinné. Toto však není funkce, která toto řešení diskvalifikuje.
Výrobci poskytují energii svých zařízení pro venkovní teplotu 7 ° C (to je nominální výkon). Za těchto podmínek je jejich účinnost dokonce vyšší než 4,5. Moderní zařízení tohoto typu fungují dokonce až do -20 ° C. Jejich účinnost je pak samozřejmě nízká - téměř 1 - a jejich výkon bude činit pouze 25% jmenovitého výkonu. Ale i při venkovní teplotě -10 ° C bude čerpadlo pracovat s kolísáním COP kolem 2 a bude pracovat na polovinu svého jmenovitého výkonu. Při typické teplotě zimního období, která kolísá kolem 0 ° C, už tepelné čerpadlo poskytne asi třikrát více energie, než kolik spotřebuje z elektrické sítě, a jeho výkon bude jen o tucet procent nižší, než je požadováno.
Z těchto důvodů musí být tento typ tepelného čerpadla vždy používán s přídavným zdrojem tepla. Nejčastěji se jedná pouze o elektrický ohřívač.
Vzduchové čerpadlo a jiná tepelná čerpadla
Předpokládejme, že dům se nachází v Mazovském vojvodství a má rozlohu přibližně 150 m2. Jeho vnější stěny a podlaha na zemi byly izolovány 20 cm vrstvou polystyrenu a střecha 30 cm vrstvou minerální vlny. Okna v něm instalovaná mají součinitel prostupu tepla U = 1,1 W / (m2K). Využívá podlahové vytápění napájené vodou o 35 ° C a mechanickou ventilaci se zpětným získáváním tepla. Potřeba tepla na vytápění a ohřev vody v domě je 6,5 kW. Bylo rozhodnuto jej ohřát vzduchovým tepelným čerpadlem.
Dopad na umístění. Jak víte, náklady na vytápění domu přímo závisí na účinnosti tepelného čerpadla, což zase závisí na teplotě horního a spodního zdroje. K posouzení vhodnosti použití tepelného čerpadla v domácnosti musí odborníci mimo jiné odkazovat na vypočítanou teplotu. Ve střední části Polska je -20 ° C, v horách -24 ° C a na moři -16 ° C.
Účinnost tepelných čerpadel. Při porovnání účinnosti různých čerpadel při venkovní teplotě -20 ° C je vzduchové rozhodně nejhorší. Dosáhne COP kolem 1. Avšak za těchto podmínek bude COP pro modely využívající energii z vody nebo vertikálního kolektoru vyšší než 4.
Je však třeba vzít v úvahu, že takových mrazivých dnů je obvykle málo. Podle třicetiletého měření průměrné teploty je v centru Polska v zimě jen několik desítek hodin s mrazem vyšším než -15 ° C a několik set hodin od -10 ° C.
Náklady na vytápění vzduchovým čerpadlem. Pokud k vytápění tohoto domu použijeme vzduchové tepelné čerpadlo se jmenovitým výkonem 10 kW, pokud neklesne venkovní teplota pod -10 ° C, zařízení nebude používat elektrický ohřívač. Za takové čerpadlo musíte zaplatit asi 20 000, náklady na tento typ vytápění během chladné zimy by byly 2 000 …
Srovnání s pozemním čerpadlem. Pokud bychom vyměnili vzduchové čerpadlo za zemní vzduchové čerpadlo se svislými vrty, zaplatili bychom asi 45 tisíc a náklady na vytápění by klesly na 1100. Je vidět, že kvůli rozdílu v ceně mezi těmito dvěma zařízeními bychom mohli dům vytápět vzduchovým čerpadlem déle než 12 let ((45 tisíc - 20 tisíc) / 2 tisíce. = 12,5 roku).
