Jak funguje elektrický ohřívač v tepelném čerpadle? Jaké funkce plní? Při jaké teplotě se zapíná? Kolik elektřiny to spotřebuje? Lze vypnout topení v tepelném čerpadle? Mám se bát elektrických ohřívačů v instalacích tepelných čerpadel?

Obsah

  1. Proč ohřívač v tepelném čerpadle?
  2. Lze vypnout topení v tepelném čerpadle?
  3. Jak funguje elektrický ohřívač v tepelném čerpadle?
  4. Jaký výkon topení?
  5. Další funkce topení v tepelném čerpadle
  6. Zásobníkový ohřívač teplé vody
  7. Další topidla v tepelných čerpadlech

Většina současných i budoucích uživatelů tepelných čerpadel spojuje ohřívač především s funkcí špičkového zdroje, podporujícího tepelné čerpadlo v obdobích, kdy venkovní teplota klesá na velmi nízké hodnoty.

Mnoho zákazníků se bojí o jeho práci a s tím spojené vysoké účty za elektřinu, ale při správném výběru tepelného čerpadla se tyto obavy ukážou jako zcela neopodstatněné. Někteří si také myslí, že problematika elektrického ohřívače se týká pouze tepelných čerpadel vzduch-voda, u kterých hrozí provoz při nízkých teplotách. Mezitím se elektrické ohřívače používají také v tepelných čerpadlech země-zdroj, i když jsou obvykle vybírány tak, že nepotřebují ohřívač jako špičkový zdroj. Ohřívač v tepelném čerpadle však může plnit zcela odlišné funkce.

Proč ohřívač v tepelném čerpadle?

Lze vybrat tepelné čerpadlo vzduch-voda tak, aby nemuselo spolupracovat s elektrickým ohřívačem jako špičkovým zdrojem? Můžete, ale v praxi se to nepoužívá. Abyste to vysvětlili, musíte porozumět konceptu tepelného čerpadla a provozních režimů v duálním režimu.

Výkon tepelného čerpadla závisí na teplotě spodního zdroje, tedy venkovního vzduchu pro tepelné čerpadlo vzduch-voda a země - pro tepelné čerpadlo země-voda. Spodní zdroj tepla pro zemní čerpadla má celoročně vcelku stabilní parametry, u vzduchových tepelných čerpadel se však jeho teplota během roku velmi mění. Čím nižší je teplota vzduchu, tím nižšího topného výkonu může tepelné čerpadlo dosáhnout.

Když to porovnáme s potřebou tepla budovy, ukáže se, že zde jsou charakteristiky obrácené. S klesající venkovní teplotou roste potřeba tepla budovy. S rostoucí teplotou klesá potřeba tepla a mimo sezónu po vypnutí topného systému objektu zůstává pouze potřeba tepla pro přípravu užitkové vody.

Průsečík těchto charakteristik (dosažený výkon tepelného čerpadla a topný výkon potřebný pro budovu) se nazývá bivalenční bod.Nad bodem duálního režimu je kapacita tepelného čerpadla větší než potřeba tepla budovy, přesně v tomto bodě jsou hodnoty výkonu tepelného čerpadla a potřeby tepla budovy stejné a pod bodem duálního režimu je kapacita tepelného čerpadla je nižší, než potřebuje budova. Právě tento nedostatek energie je kompenzován elektrickým ohřívačem.

Tento režim provozu tepelného čerpadla, kdy tepelné čerpadlo pod bodem duálního režimu poskytuje část požadovaného topného výkonu a zbývající část je doplněna ohřívačem, se nazývá paralelní monoenergetický režim.

Ohřívač podporující provoz tepelného čerpadla pro účely vytápění je obvykle zabudován do zařízení. Může být instalován do venkovní jednotky - v případě monoblokového tepelného čerpadla, nebo do vnitřní jednotky - v případě splitových tepelných čerpadel nebo monobloků s vnitřními hydraulickými moduly. Tento ohřívač lze nainstalovat i do vyrovnávací nádrže.

Lze vypnout topení v tepelném čerpadle?

Nebylo by lepší zvolit tepelné čerpadlo s vyšším výkonem a rezignovat na provoz topidla? Teoreticky můžete. Pak bychom měli co do činění s monovalentním režimem provozu, ve kterém tepelné čerpadlo nevyžaduje špičkový zdroj a jeho výkon je vyšší než potřeba budovy i při nejnižších teplotách venkovního vzduchu.

V praxi se to však u tepelných čerpadel vzduch-voda nedoporučuje. Proč? Protože počet dní s extrémně nízkými teplotami je malý. Takto zvolený výkon tepelného čerpadla se může ukázat jako příliš velký, což bude mít za následek menší modulaci výkonu na nízkou úroveň a vyšší minimální výkon tepelného čerpadla používaný v přechodných obdobích. Mezitím je mnohem více dnů s teplotami 5, 10ºC za rok než těch s teplotou -20ºC.

Výběr výkonnějšího tepelného čerpadla bude mít za následek vyšší kapitálové náklady, ale nemusí přinést výhody nižších provozních nákladů.Příliš vysoký výkon v obdobích mírnější zimy může způsobit příliš časté zapínání tepelného čerpadla. Tuto situaci lze zmírnit instalací vyrovnávací nádrže s velkou kapacitou v instalaci.

Monovalentní režim se standardně používá u tepelných čerpadel země-voda, jejichž výkon je v topné sezóně stabilnější (teplota země kolísá mnohem méně než teplota vzduchu).

Jak funguje elektrický ohřívač v tepelném čerpadle?

Při výběru tepelného čerpadla pro konkrétní budovu/konkrétní instalaci lze použít různé provozní režimy tepelného čerpadla, je však třeba mít na paměti, že každé řešení má svá specifika. Většina instalatérů/projektantů volí tepelná čerpadla vzduch-voda pro práci v paralelním monoenergetickém režimu, za předpokladu bivalenčního bodu -8ºC až -13ºC, v závislosti na očekávání investora a klimatické zóně.

Je třeba si uvědomit, že řídicí algoritmus tepelného čerpadla nespustí přídavné topení okamžitě, jakmile venkovní teplotní čidlo zaznamená teplotu rovnou bivalenčnímu bodu předpokládanému při výběru tepelného čerpadla. Důležitá je zde akumulace tepla v objektu a setrvačnost otopné soustavy, která umožňuje „přežít“ např. několik nočních hodin se silnými mrazy bez zapnutí topení i přes relativně nízkou venkovní teplotu. .

Venkovní teplota vzduchu je obvykle pouze jednou z podmínek pro aktivaci přídavného topení. Stejně tak musí být často splněny další podmínky, např. minimální doba provozu kompresoru pro účely vytápění nebo dosažený teplotní rozdíl ve vztahu k nastavené teplotě pro tepelné čerpadlo. Tato nastavení mohou být například:

  • venkovní teplota pod -10ºC;
  • provoz tepelného čerpadla s kompresorem po dobu minimálně 3 hodin;
  • rozdíl od nastavené teploty větší než 5ºC (například tepelné čerpadlo má dodávat podlahové vytápění vodou o teplotě 35ºC, ale je schopno ohřát vodu v systému pouze na 29ºC; rozdíl od nastavené hodnoty je alespoň 6º).

Toto je jen jeden příklad možného nastavení ovládání topení. Výrobci tepelných čerpadel používají různé algoritmy pro zapínání ohřívače, ale vnější teplota obvykle není jediným parametrem. Při instalaci zařízení je důležité správně nakonfigurovat nastavení instalačním technikem na míru konkrétní budově a očekávání uživatele.

Jaký výkon topení?

Tepelná čerpadla obvykle používají ohřívače o výkonu 3 až 9 kW. Mohou být jednostupňové - ty s nižším výkonem, například 3 kW, nebo vícestupňové, jako je třístupňové topidlo o výkonu 9 kW, které podle potřeby spíná jeden, dva nebo tři stupně - 3, 6 nebo 9 kW.Jaký by tedy měl být výkon ohřívače? Záleží na výběru tepelného čerpadla. V uvedeném příkladu by výkon přídavného topení neměl být menší než 4 kW. Vyplývá z rozdílu mezi maximální potřebou tepla (10 kW) a maximálním výkonem tepelného čerpadla při nejnižších předpokládaných teplotách (6 kW).

Co se stane, když je přídavný ohřívač poddimenzovaný nebo nastavení účinně omezuje jeho aktivaci? Tato situace může mít za následek nižší tepelnou pohodu v budově při nízkých venkovních teplotách.

Další funkce topení v tepelném čerpadle

  1. První spuštění instalace tepelného čerpadla. Při prvním spuštění instalace v nových budovách, kdy se ohřívají potěry, může být teplota vody ve smyčkách podlahového vytápění naplněných vodou dálkového vytápění například 10ºC a v zimě ve zcela studené, nevytápěné budově. , tato teplota může být ještě nižší.V takových podmínkách, než začne pracovat kompresor v tepelném čerpadle, musí ohřívač předehřát vodu v systému, aby dosáhla minimální teploty potřebné pro provoz tepelného čerpadla. Proto se ohřívač používá i v tepelných čerpadlech země-voda. Minimální spouštěcí teplota kompresoru závisí na konkrétním modelu zařízení, ale obvykle se pohybuje mezi 12-20ºC.
  2. Odmrazujte v případě příliš nízké teploty v zásobníku/systému. Tepelné čerpadlo vzduch-voda, když pracuje při teplotě vzduchu přibližně 0ºC a nižší, potřebuje čas od času odmrazit výparník. Odmrazování je nutné, protože vzduch protlačovaný přes výparník tepelného čerpadla v důsledku ochlazování kondenzuje vlhkost, která se usazuje na výparníku a při mínusové teplotě zamrzá na jeho povrchu. Led/námraza snižuje schopnost výparníku pracovat a snižuje účinnost odvodu tepla ze vzduchu, proto je nutné jej odstranit. Tepelné čerpadlo to provede spuštěním rutiny odmrazování.U většiny tepelných čerpadel dostupných na trhu se odmrazování provádí pomocí čtyřcestného ventilu, který umožňuje recirkulaci chladiva. Tepelné čerpadlo standardně v režimu vytápění „ochlazuje“ venkovní vzduch na „studeném“ výparníku a ohřívá akumulační/topný systém. V režimu odmrazování je tomu naopak - tepelné čerpadlo odebírá teplo z akumulačního/topného systému a ohřívá výparník tepelného čerpadla s námrazou. Tímto způsobem se výparník stane na krátkou dobu kondenzátorem v chladicím okruhu tepelného čerpadla. V režimu odmrazování je jednotka tepelného čerpadla, jako by sloužila k chlazení budovy. Může se zdát zvláštní, že tepelné čerpadlo chladí akumulační nádrž v zimě, kdy by ji mělo topit. Režim odmrazování je však velmi krátký - asi 2-3 minuty - a po této době je jednotka opět připravena k topení, například další dvě hodiny. Množství tepla odebraného z akumulační nádrže/instalace je malé, ale pro provoz tepelných čerpadel vzduch-voda má velký význam, protože jim umožňuje pracovat v zimních podmínkách.Aby proces odmrazování byl úspěšný, musí být v akumulační nádrži/zařízení k dispozici dostatečné množství tepla. Minimální teplotu topného média v zásobníku/systému potřebnou pro režim odmrazování udává výrobce tepelného čerpadla. Může to být například 20ºC. V tomto případě bude ohřívač chránit proces odmrazování a spustí se, pokud je teplota ve vyrovnávací paměti/instalaci příliš nízká na to, aby mohla správně provést. To se obvykle stává při spuštění topení nebo po dlouhé době nečinnosti.
  3. Nemrznoucí režim. Tento problém se týká monoblokových tepelných čerpadel vzduch-voda, která při plnění vodou vyžadují ochranu proti mrazu. Jedním ze způsobů ochrany je použití vhodného algoritmu, jehož úkolem je „zajistit“, aby teplota ve vnějších prvcích tepelného čerpadla, které mohou obsahovat vodu, neklesla pod hodnotu hrozící zamrznutím. Když se takový okamžik blíží, automaticky se spustí oběhové čerpadlo, kompresor nebo topení – v závislosti na podmínkách a situaci.
  4. Nouzový zdroj. Tepelné čerpadlo vybavené elektrickým ohřívačem má vlastně nouzový zdroj. V případě jakýchkoli technických problémů nebo nutnosti servisního zásahu je ohřívač schopen zajistit nouzové vytápění. Jeho výkon nemusí při velmi nízkých venkovních teplotách stačit na pokrytí celkové potřeby, ale bude schopen dodat alespoň část energie, díky čemuž nebude budova ochuzena o vytápění. Odstávky tepelného čerpadla z důvodu technických problémů nejsou běžné, ale někteří investoři chtějí mít pro případ nouze druhý zdroj tepla, i když k němu během životnosti tepelného čerpadla nemusí dojít. Pokud to investor očekává, je možné použít záložní elektrický ohřívač ve vyrovnávací paměti s vyšším výkonem. Může pak být zcela nezávislým zdrojem tepla.

Zásobníkový ohřívač teplé vody

Druhým ohřívačem, který je instalován v systému tepelného čerpadla, je ohřívač nádrže na teplou užitkovou vodu. Má trochu jinou funkci - slouží pouze k podpoře ohřevu užitkové vody.

  • Zavedení režimu proti legionele. Toto je antibakteriální režim přehřátí nádrže na užitkovou vodu. V tomto režimu se voda v nádrži ohřívá na vysokou teplotu, někdy dosahující 70ºC, aby se odstranily bakterie, které se v ní mohou potenciálně rozvíjet. Tepelné čerpadlo obvykle nedokáže tento úkol provést samo, protože tak vysoká teplota zásobníku je mimo jeho dosažitelný provozní rozsah.
  • Rychlý ohřev vody z vodovodu. K provedení této funkce se používá ohřívač nádrže. Tento režim se používá, když je zvýšený požadavek na teplou vodu nebo když ji potřebujete náhle ohřát.
  • Omezená teplotní schopnost tepelného čerpadla. Tepelné čerpadlo má určitou pracovní oblast. Ovlivňuje také dosažitelnou teplotu vody z vodovodu, ohřívané nepřímo spirálou. Když je venkovní teplota velmi nízká, pracovní plocha tepelného čerpadla může například ohřívat užitkovou vodu až na maximální teplotu 45 °C.Toto je příliš nízká hodnota pro uživatele, který nastavil teplotu vody v nádrži na 50ºC a očekává, že bude moci používat vodu o této teplotě. V takové situaci se může zapnout ohřívač zásobníku a ohřát užitkovou vodu na požadovanou teplotu.
  • Nouzový zdroj ohřevu užitkové vody. V případě potřeby servisního zásahu ohřívač v zásobníku teplé užitkové vody zůstává k dispozici jako druhý, nouzový zdroj tepla. V instalacích s tepelnými čerpadly, zásobníkový ohřívač teplé užitkové vody není nutné. Umožňuje vám však získat pár funkcí navíc a náklady na jeho pořízení jsou nízké. Typicky je výkon ohřívače nádrže 1,5-3 kW.

Další topidla v tepelných čerpadlech

  • Ohřívač kapek. Slouží k zajištění správného odvodu kondenzátu, který ve velkém množství odtéká z tepelného čerpadla po odmrazení výparníku. Pokud tento ohřívač není přítomen, může vypouštěcí vana zamrznout, což znesnadní odtok kondenzátu.Zamrzající voda může způsobit poškození. Někteří výrobci tepelných čerpadel nahrazují topné těleso odkapávací misky trubicí s horkým chladivem. Chrání odvod kondenzátu tepelného čerpadla před námrazou, ale nevyžaduje další přísun energie.
  • Ohřívač odpadního potrubí. Pokud kondenzát není odváděn přímo pod tepelné čerpadlo např. do štěrkového lože, ale směřuje někam dále, je nutné použít topné těleso v potrubí odvodu kondenzátu tepelného čerpadla. Odstoupení od tohoto topného tělesa může vést k zamrznutí kondenzátu v uvedeném potrubí, k jeho ucpání a poškození.

Čtěte také:

  • Vzduchové tepelné čerpadlo – fakta a mýty o tom, jak to funguje
  • Zákaz f-plynu v EU! Jak to ovlivní trh s tepelnými čerpadly?
  • Spolufinancování tepelných čerpadel. Jak snížit náklady na nákup a instalaci tepelného čerpadla?

Kategorie:

Rekonstrukce