Jak funguje tepelné čerpadlo a proč se vyplatí instalovat? Provoz tepelného čerpadla je založen na cyklické změně fyzikálního skupenství (kapalina - plyn - kapalina - plyn) pracovního média cirkulujícího v uzavřeném systému. Postupně se odpařuje, stlačuje, kondenzuje a expanduje.

Tepelné čerpadlo je zařízení, které využívá teplo z okolí k vytápění místností - obvykle ho shromažďuje ze země, vody nebo vzduchu a dopravuje ho do topného systému. Umožňuje vám tak využívat energii, za kterou nemusíte platit. Tepelné čerpadlo navíc nespotřebovává žádné palivo, nevypouští výfukové plyny a efektem jeho provozu je jen o pár stupňů snížení teploty média, ze kterého získává teplo.Zní to povzbudivě, že? Ano, ale musí to mít samozřejmě háček – nic není zadarmo.

Obsah

  1. Jak funguje systém vytápění tepelným čerpadlem
  2. Jak funguje tepelné čerpadlo - jak se přenáší teplo?
  3. Jak funguje tepelné čerpadlo země-voda
  4. Energie z podzemní vody
  5. Jak funguje plynové absorpční tepelné čerpadlo

Jak funguje systém vytápění tepelným čerpadlem

Za prvé, tepelné čerpadlo je poměrně drahé. Naštěstí však ne tolik, aby se nedal široce používat. Druhý problém – pro transport tepla musí být tepelné čerpadlo poháněno energií. V běžně používaných zařízeních je to elektřina – nejdražší z oblíbených nosičů energie. Říká se, že tepelné čerpadlo toho moc nepotřebuje a jeho provoz je velmi levný, ale je tomu skutečně tak? Koneckonců na tom závisí ziskovost jeho použití.

Typický systém vytápění tepelným čerpadlem se skládá ze 3 základních součástí:

  • tepelné čerpadlo
  • spodní zdroj tepla
  • horní zdroj tepla

Spodním zdrojem tepla může být instalace, která umožňuje shromažďování tepla ze země nebo z vodní nádrže, případně zařízení sloužící k jeho příjmu ze vzduchu (s ventilátorem).

Horním zdrojem tepla bývá systém jeho rozvodů v objektu, tedy rozvod ústředního topení a příprava teplé užitkové vody (systém je možné provozovat i v opačném směru - rozvod topení poté se stává spodním zdrojem a používá se k chlazení místností).

Jak funguje tepelné čerpadlo - jak se přenáší teplo?

Jak je možné, že se teplo z chladnějšího prostředí přenáší do mnohem teplejších místností?

Pro přenos tepla ze spodního zdroje s nízkou teplotou do horního zdroje, kde je teplota i o několik desítek stupňů vyšší, se používá zařízení zvané tepelné čerpadlo.To se děje pomocí chladiva cirkulujícího ve vnitřním okruhu tepelného čerpadla, což je kapalina se specifickými vlastnostmi. Podléhá termodynamickým procesům: při nízké teplotě se vypařuje a tím absorbuje teplo z okolí. Již jako plyn je stlačován v kompresoru poháněném elektřinou, díky čemuž se zvyšuje jeho teplota. Stává se tak vysokou, že stačí ohřát vodu v systému ústředního vytápění nebo vzduch vháněný do místností. Odevzdáním tepla pracovní médium kondenzuje a stává se kapalinou. Protéká škrtícím prvkem, kde - v důsledku expanze - jeho teplota výrazně klesá. V tomto stavu se vrací do výměníku, kde přijímá teplo z okolí a celý cyklus se opakuje.

V nejoblíbenějších tepelných čerpadlech používaných v rodinných domech je za zvýšení tlaku páry zodpovědný elektrický kompresor. Právě jeho práce umožňuje tepelnému čerpadlu předávat teplo z média s nižší teplotou do média s vyšší teplotou (což – jak by se mohlo zdát – odporuje druhému zákonu dynamiky).Výměna tepla mezi párou chladiva a vodou v topném systému probíhá ve výměníku tepla zvaném kondenzátor – protože účinkem předání tepla vodě je kondenzace páry. Přestože transport tepla mezi spodním a horním zdrojem v tomto místě končí, je v tepelném čerpadle nutný ještě jeden proces - snížení tlaku pracovního média, díky kterému jeho teplota klesne na nižší úroveň než u spodního zdroje tepla. , což je podmínkou pro příjem tepla z něj. Expanzní ventil je zodpovědný za snížení tlaku. Elektrická energie je potřebná pro provoz kompresoru, stejně jako pro napájení dalších součástí systému tepelného čerpadla – regulátoru nebo oběhových čerpadel. To může vyvolat obavy z provozních nákladů.

Elektřina je však pouze částí energie dodávané čerpadlem do místností ve formě tepla. Zbytek je spodní zdroj, což znamená, že je zdarma. Díky tomu je tepelné čerpadlo bez ohledu na měnící se ceny paliv a energií stále jedním z nejlevnějších topných zařízení na provoz a v tandemu s fotovoltaikou jeho provoz nemůže stát téměř nic.

Jak funguje tepelné čerpadlo země-voda

U tepelných čerpadel, která využívají teplo ze země, je zapotřebí speciální instalace nazývaná zemní výměník tepla pro přenos tepla do výparníku čerpadla. Je vyroben z ohebných trubek, které se pokládají do země v jedné nebo dvou rovinách nebo ve formě spirály. Chcete-li získat co nejvíce tepla, měl by být výměník tepla umístěn v hloubce, kde je nejvyšší teplota země. Vzhledem k nákladům a rentabilitě investice je položena jen mírně pod přízemní zámrznou zónou (v závislosti na regionu Polska je to od 0,8 do 1,4 m pod úrovní terénu).

Množství tepla, které lze ze země odebrat, závisí především na fyzikálních vlastnostech půdy, zejména její vlhkosti, a do určité míry také na oslunění území. Hustota tepelného toku v jílovité půdě dosahuje přes 30 W/m2, zatímco v suché, písčité půdě může být až 10 W/m2, tedy třikrát méně.Plocha výměníku potřebná k dosažení topného výkonu 10 kW se proto může pohybovat od 330 až po 1000 m22 Výměníky položené vodorovně v zemi vyžadují na pozemku hodně místa.

Výměníky ve formě vertikálních sond jsou v tomto ohledu méně náročné. Trubky takového výměníku jsou uloženy ve vrtech o hloubce několik desítek až několik set metrů. To je obtížnější než pokládání potrubí vodorovně, vyžaduje specializované vybavení, a proto je dražší. Může se však ukázat jako rentabilní na pozemcích s velmi nízkou hladinou spodní vody, kde by horizontální výměník tepla musel mít velmi velkou plochu. Přibližně lze předpokládat, že pro získání 1 kW topného výkonu je potřeba vrt o hloubce 20 m (tedy až 200 m při potřebě 10 kW). Obecně platí, že místo jedné velmi hluboké studny se vrtá několik mělčích studní, které by měly být od sebe vzdáleny alespoň 5 m.

Energie z podzemní vody

Pokud je poptávka po teple vysoká, může být výhodnější získávat energii z podzemních nebo povrchových vod - jejich teplota se v zimě pohybuje mezi 0 a 10 °C. Energetické ukazatele takového řešení jsou ještě příznivější než u zemních čerpadel, ale je třeba počítat s vícenáklady a problémy vyplývající ze znečištění vody. Je nutné jej často filtrovat a čistit a dokonce i vyměňovat korozivní prvky instalace. K dosažení 10kW je potřeba více než 2 m3/h vody o teplotě 5°C, takže její čerpání spotřebovává značné množství energie, což nepříznivě ovlivňuje účinnost systému.

Jak funguje plynové absorpční tepelné čerpadlo

Jedná se o speciální typ tepelného čerpadla, ve kterém není použit elektrický kompresor pro zvýšení tlaku par pracovního média. Místo toho má absorpční čerpadlo systém zvaný tepelný kompresor, který se skládá z absorbéru, generátoru, čerpadla roztoku a expanzního prvku.Chladivem je vodný roztok čpavku R717, který má nízký bod varu a nemá negativní dopad na životní prostředí. Jakmile se jím naplní, systém nevyžaduje doplňování. Ke zvýšení teploty média v takovém zařízení nedochází v důsledku činnosti kompresoru, ale v důsledku činnosti plynového hořáku (zemního plynu nebo zkapalněného plynu). Teplo, které dodává do generátoru, způsobuje odpařování amoniaku z bohatého roztoku (obsahujícího velké množství amoniaku) a vzniklá pára předává teplo do kondenzátoru, kde se ohřívá voda, která napájí topný systém. Poté jde chladivo do expanzního ventilu, odkud nízkotlaký kapalný čpavek proudí do výparníku, kde odebírá teplo ze spodního zdroje, které se odpařuje. Páry čpavku jsou absorbovány chudým roztokem čpavku (v absorbéru) a následně pumpovány do fermentoru pomocí čerpadla. Spotřebu elektrické energie lze považovat za zanedbatelnou, neboť napájí pouze čerpadlo roztoku a ventilátor (potřebný k odebírání tepla ze vzduchu).Na druhou stranu spotřeba plynu je nižší než u oblíbených kondenzačních kotlů o 20-25%. Plynová absorpční tepelná čerpadla mohou využívat různé druhy nižších zdrojů – vzduch, zem, vodu a odpadní teplo. Jsou určeny pro venkovní instalaci, což vám umožní vyhnout se nákladům a případným potížím spojeným s instalací kouřovodu, zavedením plynového systému do objektu a zajištěním v tomto případě potřebného větrání.

Kategorie:

Rekonstrukce