Tepelná čerpadla
Tepelná čerpadla se stále více používají k vytápění budov a přípravě teplé užitkové vody. Jak název napovídá, tato zařízení „čerpají teplo“, což znamená odebírat teplo z média s nižší teplotou (např. Venkovní vzduch, půda nebo voda) a přenášet jej do média, jehož teplota je vyšší (např. Vzduch v místnosti nebo voda v zařízení). ).
Každý z nás zná tuto technologii ze svého domova, protože domácí chladničky fungují na stejném principu. Berou teplo ze vzduchu uvnitř chladničky (který je studený) a přenáší teplo na vzduch v místnosti.
Samozřejmě v přírodě neexistuje žádný spontánní jev přenosu tepla z chladnějšího na teplejší médium. Přenos tepla tepelným čerpadlem proto vyžaduje energii. Zpravidla je to elektrický proud pro pohon kompresoru.
Přestože se jedná o drahý nosič energie, provoz tepelných čerpadel je velmi levný, protože tato zařízení, která spotřebovávají 1 kWh elektřiny, dodávají instalaci 3-4 kWh tepelné energie. Rozdíl 2–3 kWh je teplo odebírané z okolí budovy. Takto je 1 kWh energie na vytápění domu 3–4krát levnější než při přímém použití elektřiny, například k napájení elektrických ohřívačů.
Po přeměně se ukázalo, že energie dodávaná do zařízení tepelným čerpadlem je levnější než teplo produkované kondenzačním kotlem na zemní plyn. Jako vždy však musíte nejprve ušetřit, abyste ušetřili. Pokud jde o tepelná čerpadla, je tato investice poměrně drahá.
Účinnost tepelných čerpadel
Technické údaje tepelných čerpadel udávají jejich účinnost ve formě indexu COP. Je to podíl množství tepla přeneseného do zařízení k množství elektřiny spotřebované kompresorem.
V praxi vydělíme součet množství energie odebrané z prostředí (vzduch, voda nebo půda) a výkonu kompresoru výkonem kompresoru. Například pokud tepelné čerpadlo odebírá ze země 6 kW energie a výkon kompresoru je 2 kW, pak COP je (6 + 2) / 2 = 4.
COP není konstantní; se mění podle teploty solného roztoku a požadované teploty v topném systému. V závislosti na teplotě a typu zdroje tepla se COP může pohybovat od něco málo přes 2, až po 5,5 nebo více.
Uvedené hodnoty COP předpokládají celopodlažní instalaci, kde maximální teplota vody nepřekročí v zimě 35 ° C. Při instalaci s radiátory se účinnost sníží dokonce o 1-1,5. Na základě toho lze říci, že nejlepším řešením je použití podlahového vytápění v celém domě. Investice nebude mnohem dražší než použití ohřívačů. Je třeba vzít v úvahu, že tepelné čerpadlo by vyžadovalo mnohem větší radiátory, které by byly schopny vytápět dům při teplotě vody 55 ° C nebo nižší.
Účinnost celé instalace bude vysoká pouze při pečlivém výběru samotného tepelného čerpadla, zdroje tepla a topného zařízení.
Zdá se nerozumné kupovat tepelné čerpadlo, vyrábět například geotermální sondy a používat ohřívače v domě, které v zimě vyžadují ohřev vody na 55 ° C. Použitím jen o něco levnější instalace s radiátory namísto podlahové instalace významně snižujeme účinnost topných instalací pomocí tepelného čerpadla.
Tepelná čerpadla a ekologie O tepelných čerpadlech
se diskutuje o jejich dopadu na životní prostředí. Na jedné straně se jedná o zařízení, která ve velké míře umožňují využití obnovitelné energie. Na druhou stranu, 25% konvenční energie používané k jejich napájení je elektřina.
V Polsku se vyrábí hlavně v uhelných elektrárnách s účinností nejvýše 25–30% po zohlednění ztrát z přenosu. Používání tepelných čerpadel proto zvyšuje spotřebu elektřiny, jejíž výroba je velkou zátěží pro životní prostředí.
Situace je jednoduchá v zemích, kde se elektřina vyrábí převážně z obnovitelné energie. Tím, že tam využíváme tepelná čerpadla, využíváme zelenou energii a současně získáváme teplo z okolí domu.
V Polsku lze používání tepelných čerpadel považovat za zlepšení účinnosti energetického systému. Pokud energetický průmysl využívá pouze 25% energie obsažené v palivu a v čerpadle můžeme spotřebováním 1 kWh elektřiny poskytnout zařízení přibližně 4 kWh tepelné energie, je to jako použít 100% energie obsažené v palivu.
Použití tepelných čerpadel již jistě nebude kontroverzní, pokud je možné vyrábět (a prodávat) elektřinu doma, například pomocí větrných turbín nebo fotovoltaických článků. Díky nim bude část energie pro pohon kompresoru vyrobena ekologicky.
Kvůli této kontroverzi bylo teprve v roce 2009 uvedeno ve směrnici EU mezi zařízeními využívajícími obnovitelnou energii tepelná čerpadla. Známe princip fungování tepelných čerpadel, neměli bychom přemýšlet o jejich klasifikaci, ale o tom, jak zefektivnit a ekologicky zlepšit výrobu elektřiny.
Typy čerpadel a nižších zdrojů tepla
Pokud jde o investiční náklady, hodně záleží na typu tepelného čerpadla. V současné době máme na trhu velké množství řešení. Tepelná čerpadla se primárně dělí podle typu zdroje tepla, se kterým spolupracují. Tři nejdůležitější typy jsou zařízení využívající teplo akumulované v zemi, vodě a vzduchu.
TEPELNÁ ČERPADLA TYPU SOUVODNÍ VODY. Jsou to zařízení, která čerpají energii ze země. K tomu jsou do země umístěny polyethylenové trubky, ve kterých cirkuluje nemrznoucí kapalina. Materiál trubky sbírá teplo ze země a přenáší jej do kapaliny. Tepelné čerpadlo poté ochladí roztok glykolu o 2-4 ° C a přenese teplo do systému. Jakkoli se to může zdát abstraktní, v zimě tepelné čerpadlo získává energii ze země, která má často teplotu 0 ° C nebo méně, a přenáší ji do vody v systému, která může dosahovat až 55–60 ° C (například při plnění zásobníku teplé vody). voda).
Zařízení pro získávání tepla ze země umístěné mimo budovu se nazývá spodní zdroj tepla. Lze to provést několika způsoby; nejoblíbenější jsou vertikální geotermální sondy a plochý meandrující kolektor.
Vertikální sondy. V jamkách o délce asi 100 m je umístěna polyetylenová trubka ve tvaru U. Pro budovu, kterou uvažujeme, by bylo nutné provést 1 nebo 2 vrty (v závislosti na variantě domu a typu zeminy). Výhodou tohoto typu spodního zdroje je možnost provedení instalace i na pozemku s malou plochou. Nevýhodou vertikálních geotermálních sond je jejich značná cena; průměrná cena 1 metrové studny je 100–120, takže naše studny mohou stát celkem od 10 000 do 24 000.
Plochý kolektor. Jedná se o populární a mírně levnější řešení, které nevyžaduje hluboké vrtání. Trubky jsou na pozemku umístěny vodorovně, v malé hloubce. Nevýhodou plochého kolektoru je bohužel potřeba nějakého místa. Potřebná plocha závisí na výkonu čerpadla a typu půdy; v suchých půdách je dokonce 2–3krát vyšší než ve vlhkých soudržných. Za předpokladu průměrných podmínek pro naši budovu budeme potřebovat 200 až 400 m2 prostoru pro plochý kolektor. Náklady na takovou instalaci však mohou být téměř dvakrát nižší než u vertikálních studní.
TEPELNÁ ČERPADLA VODA - VODA. Jedná se o méně populární řešení, při kterém se teplo neshromažďuje ze země, ale ze spodní vody. Nejčastěji se za tímto účelem vyrábějí dvě studny - příjem a absorpce (vypouštění). Když běží tepelné čerpadlo, zapne se ponorné čerpadlo a dodává vodu z čerpací studny. Tepelné čerpadlo jej ochlazuje přibližně na 2–4 ° C, poté je odváděno do absorpční jímky.
Teoreticky má toto řešení velké výhody. Za prvé, průměrná teplota příjmu vody je vyšší než teplota země (8–10 ° C místo 0-5 ° C). Tento zdánlivě malý rozdíl zvyšuje účinnost tepelného čerpadla z přibližně 3-4 na 5-5,5, takže se snižují provozní náklady na instalaci. Kromě toho je konstrukce sacího a absorpčního vrtu často levným řešením, srovnatelným s náklady na výrobu plochého kolektoru. To samozřejmě závisí na hydrogeologických podmínkách na pozemku.
Hlavní nevýhodou použití podzemní vody jako zdroje tepla je riziko zhoršení výkonu nebo zablokování v průběhu času v zařízení.
V mnoha oblastech Polska chemické složení vody způsobuje, že po roce nebo dokonce několika měsících provozu ztrácí vypouštěcí studna svoji účinnost. Stěny studny zarostly a není schopna pravidelně přijímat chlazenou vodu. Výsledkem je nedostatek průtoku vody a nouzové vypnutí čerpadla nebo výskyt pružiny na našem pozemku, když vypouštěcí studna není schopna absorbovat vodu.
Z tohoto důvodu je před instalací takového zařízení nutné provést zkoušky vlastností vody, aby bylo možné posoudit riziko kontaminace zařízení.
Také stojí za to zkontrolovat, zda se v oblasti nacházejí podobná zařízení a zda v nich není zarostlý výtok. Kvůli tomuto jevu není tento typ spodního zdroje v Polsku populární.
TEPELNÁ ČERPADLA VZDUCH VODA . Jak název napovídá, vzduch obklopující budovu se používá jako spodní zdroj tepla (v některých případech můžeme použít i teplý vzduch odstraněný z budovy).
Když je tepelné čerpadlo v provozu, velký ventilátor tlačí vzduch přes tepelný výměník. Po ochlazení je odstraněn ven. Největší výhodou tohoto řešení je absence nutnosti výroby zemních sond, plochého kolektoru nebo sacích a výpustných vrtů. Investiční náklady jsou proto nižší.
Nelze však říci, že úspory se rovnají nákladům na pozemní zdroj ve formě sond nebo studní, protože kvůli odlišnému, dražšímu a většímu výměníku tepla stojí tepelné čerpadlo vzduch-voda více než modely solanka-voda nebo voda-voda. Koneckonců, pokud bychom takové čerpadlo používali v našem „cyklovém“ domě, mohly by se investiční náklady snížit o 5 000 až 10 000.
Je však třeba vzít v úvahu, že průměrná teplota zdroje tepla ve formě vzduchu v topné sezóně je mnohem nižší než teplota země nebo podzemní vody. V důsledku toho je účinnost tepelného čerpadla v tomto případě nižší, pouze kolem 2,8–3.
Ačkoli některé modely mohou získávat teplo i ze vzduchu s teplotou -20 nebo dokonce -25 ° C, obvykle proto, aby během tohoto období dodávalo budově odpovídající množství tepla, musí být tepelné čerpadlo podporováno elektrickým ohřívačem, což samozřejmě snižuje roční účinnost instalace. .
Tepelná čerpadla vzduch-voda jsou nicméně stále populárnější. Je zajímavé, že toto řešení je velmi populární ve Švédsku a Norsku, tj. Zemích s drsným podnebím. V Polsku se tepelná čerpadla vzduch-voda často používají jako zdroj podporující klasická zařízení, například s plynovým kotlem. V takovém systému pracuje tepelné čerpadlo, když jsou jeho provozní náklady nižší než u běžného zdroje tepla. Tímto způsobem lze snížit roční provozní náklady na instalaci a rozdíl může být značný, protože snížení spotřeby plynu může změnit tarif, podle kterého jsme účtováni. Ve výsledku se samotné fixní náklady ročně sníží o několik setin.
Výběr tepelných čerpadel pro jednotlivé varianty domu
Správný výběr výkonu tepelného čerpadla a případného pomocného zdroje by měl zajistit vytápění budovy a přípravu teplé vody po celou topnou sezónu a zachování příslušných parametrů spodního zdroje tepla.
Například z hlediska investičních nákladů by bylo možné použít tepelné čerpadlo s výkonem asi o 20% nižším, než jsou vypočítané tepelné ztráty. To znamená, že během silných mrazů bude tepelné čerpadlo podporováno konvenčním zdrojem tepla (například elektrickým ohřívačem).
Teoreticky tímto způsobem ušetříme při nákupu tepelného čerpadla a při výrobě tepelného zdroje. Provozní náklady na instalaci však budou o něco vyšší kvůli nutnosti pravidelného používání elektrického ohřívače.
Je také třeba mít na paměti, že tepelné čerpadlo s výkonem nižším, než je potřeba tepla pro budovu, bude muset pracovat velmi dlouho. Pokud překročí 2 200–2400 hodin za rok, můžeme očekávat, že teplota solanky bude z roku na rok klesat.
Totéž se stane s účinností tepelného čerpadla. Když tedy hledáme úspory ve fázi výstavby domu, mohli bychom skutečně použít tepelné čerpadlo s mírně nižším výkonem, ale pak by měl být spodní zdroj tepla předimenzován. Díky tomu teplota solanky rychle neklesne.
Aby nedošlo k nesprávnému výběru, sečtěte energii potřebnou k vytápění budovy energií potřebnou k přípravě teplé vody. 0,25 kW / osoba pro nízkou spotřebu teplé vody, 0,5 kW / osoba pro vyšší spotřebu. Nakonec stojí za to vydělit celkovou spotřebu energie na vytápění budovy a přípravu teplé vody výkonem tepelného čerpadla, aby se určila její roční provozní doba. Nemělo by to přesáhnout 2 000–2 200 hodin ročně.
Vybereme tepelná čerpadla tak, aby poskytovala správné množství energie jak pro vytápění, tak pro teplou vodu. Bude to záviset na variantě domu.
VARIANT I. U „standardního“ domu se ztrátou tepla 9,9 kW přidáme výkon potřebný pro přípravu teplé vody 4 × 0,25 kW, tj. 1 kW; celkem to bude 10,9 kW. Ideální by zde bylo tepelné čerpadlo s výkonem 11-12 kW. Vzhledem k tomu, že většina výrobců má tepelná čerpadla s výkonem přibližně 10 kW a poté okamžitě 14 kW, předpokládáme nakonec výkon 10,5 kW.
Pořizovací a montážní náklady na instalaci jsou následující: tepelné čerpadlo 10,5 kW - 38 500; spodní zdroj (asi 200 m vrtů) - asi 20 000–24 000; práce a drobné jiné vybavení - 3000-5000.
Celkem to bude: 61 500–67 500.
VARIANT II. V dobře izolovaném domě je potřeba tepla na vytápění budovy přibližně 6,5 kW; s příspěvkem na přípravu teplé vody budeme potřebovat výkon 7,5-8 kW. Použijeme model s výkonem kolem 8 kW.
Investiční náklady zahrnují: tepelné čerpadlo se zabudovaným zásobníkem teplé vody - 36 800; dolní zdroj (cca 150 m vrtů) - 15 000–18 000; práce a drobné jiné vybavení - 3000-5000.
Celkem to bude: 54 800 - 6 800.
VARIANT III. U dobře izolovaného domu s mechanickým větráním jsou celkové investiční náklady následující: nejmenší dostupné tepelné čerpadlo s výkonem přibližně 5,9 kW - 34 400; spodní zdroj (asi 100 m vrtů) - 10 000-12 000; práce a drobné jiné vybavení - 3000-5000.
Celkově to bude: 47 400–51 400.
V tabulce (viz) jsme porovnali provozní náklady na tepelné čerpadlo pro jednotlivé varianty našeho domu s provozními náklady na kondenzační kotel, kterými jsme se zabývali v srpnovém čísle; pohybovaly se od 2 375 do 5 434.
Ukazuje, že provozní náklady tepelných čerpadel jsou mnohem nižší, ale mnoho lidí se bojí vysokých investičních nákladů na takové řešení. Je samozřejmé, že při srovnání čerpadel s kotli je doba návratnosti rozdílu v investičních nákladech poměrně dlouhá. Z těchto důvodů se v regionech vybavených zemním plynem zdá racionálnější používat místo tepelného čerpadla kotel.
V případě nákladných nosičů energie, jako je LPG nebo topný olej, však stojí za to vyměnit kotle za tepelné čerpadlo. Provozní náklady na instalaci budou několikanásobně nižší.
p class = "txt_upl"> Zaregistrujte se do NEWSLETTERU. Každý týden nejnovější zprávy o stavbě, renovaci a dokončování interiéru ve vašem e-mailu: Viz příklad
