Tepelné čerpadlo - topení budoucnosti
Tepelné čerpadlo je zařízení, které dokáže získávat tepelnou energii z okolního prostoru, ze vzduchu, z vody, ze země. Děje se to pomocí zemních sond nebo kolektorů, čerpáním vody ze studní, a v případě tepelných čerpadel REGULUS odebíráním tepelné energie ze vzduchu.
Tepelné čerpadlo je zařízení, které dokáže získávat tepelnou energii z okolního prostoru; ze vzduchu, z vody, ze země. Děje se to pomocí zemních sond nebo kolektorů, čerpáním vody ze studní, a v případě tepelných čerpadel REGULUS odebíráním tepelné energie ze vzduchu.
Toto zařízení máte každý z vás doma v kompresorové ledničce. V ní se přečerpává energie chlazených potravin na teplo, které se odvětrává radiátorem na zadní stěně ledničky. Přečerpává tedy nízkou teplotu uvnitř ledničky na teplotu vyšší než teplota v místnosti.
Tepelné čerpadlo přečerpává energii o nižší teplotě na vyšší teplotu, využitelnou pro topení nebo ohřev vody. Aby se zvýšil teplotní potenciál, je nutné dodat určitou energii kompresoru, který stlačuje pracovní látku.
 |
| Obr. 1 |
Princip funkce tepelného čerpadla je na obr.1. Stlačené kapalné teplonosné médium se rozpíná v expanzním ventilu a ve výparníku mění své skupenství na plyn (páru). Tím se ochladí na nízkou teplotu a přejímá teplo ze svého okolí (z vody, země nebo vzduchu) a ohřívá se. Plynné teplonosné médium je nasáváno kompresorem a stlačeno v kondenzátoru, kde zkapalní a zvýší teplotu kondenzátoru - obvykle na 55oC. Kondenzátor je konstruován jako výměník, ve kterém proudí voda do okruhu vytápění. Tento pracovní cyklus se opakuje.
Topný faktor
Efektivnost pracovního cyklu tepelného čerpadla vyjadřuje topný faktor. Je to poměr elektrického příkonu kompresoru a tepelného výkonu, který z tepelného čerpadla získáme. V obvyklých aplikacích se topný faktor pohybuje kolem čísla 3. To znamená, že na 3 kW spotřebované energie kompresorem získáme 9-10 kW tepelné energie.
Tento topný faktor je závislý na teplotě zdroje tepla, v našem případě na teplotě vzduchu. Díky použití kompresoru typu Scroll je však možné provozovat zařízení i při velmi nízkých teplotách. Tepelné čerpadlo REGULUS pracovalo ještě při teplotě -25°C, topný faktor však byl velmi nízký. Průběh výkonu tepelného čerpadla v závislosti na venkovní teplotě je na obr.2.
 |
| Obr. 2 |
Při teplotách venkovního vzduchu od -5 °C do 7 °C se tvoří na spodní části vzduchového výparníku námraza z vlhkosti vzduchu. Ta se odstraňuje reverzací - asi na dvě minuty se obrací oběh tepelného čerpadla, ventilátor se zastaví, teplo se odebírá z topné soustavy a výparník se ohřívá, led odtaje a spadne. Při teplotách nižších než -5 °C se námraza již netvoří, protože vzduch je suchý. Při teplotách vyšších než 7°C se námraza také netvoří, vzduch je teplý, pouze okapává voda. Automatika tepelného čerpadla také zamezuje častému spínání tepelného čerpadla tak, aby nebyl přetěžován motor kompresoru a byla zachována ekonomika provozu.
Tepelná čerpadla vzduch - voda
U tepelného čerpadla REGULUS se odebírá teplo ze vzduchu výparníkem, který bývá umístěn na volném prostranství. Výparník má nízkou hlučnost a tak v obytných zónách nerušil sousední obytné domy. Nevýhoda poklesu topného faktoru v minusových teplotách musí být vyvážena náhradním zdrojem vytápění (např.elektrokotlem). V přechodném topném období, kdy venkovní teplota dosahuje plusových teplot má tato koncepce výrazně vyšší topný faktor, tedy i lepší ekonomiku provozu. To ocení zejména uživatelé s ohříváním teplé vody nebo bazénu
Výhodou je, že vzduchu je všude dostatek a zařízení zabírá málo místa, montáž je rychlá a velmi jednoduchá.
Další využití
Tepelné čerpadlo může navíc sloužit zároveň jako chladící zařízení pro klimatizaci a odvedené teplo využít například pro ohřev užitkové vody nebo bazénu.
Klimatické poměry a potřeba tepla
Topná sezóna trvá asi 210-240 dnů v roce. Podle změny venkovní teploty se mění i množství tepelné energie potřebné k vytápění daného objektu. Toto množství tepla je vyjádřeno tepelnou ztrátou objektu v kW k venkovní teplotě dané klimatickým pásmem, ve kterém se objekt nachází. V okolí Prahy je to např. -12oC. Takže například pro běžný rodinný dům je potřeba tepelného zdroje o výkonu 15 kW při venkovní teplotě - 12oC. Při venkovní teplotě 0 °C je potřeba k vytápění už jen 9,5 kW. Při tom z dlouholetých meteorologických měření vyplývá, že počet dnů s průměrnou teplotou nižší než 0oC je v Praze jen 43 dnů a s teplotou -5°C a nižší jen 11 dní v roce.
| Venkovní teplota | Potřeba tepla | Počet dnů s nižší teplotou | Teplota topné vody |
| - 12°C | 15 kW | 2 | 55 °C |
| - 5°C | 12 kW | 11 | 48 °C |
| 0°C | 9,5 kW | 43 | 40 °C |
Dimenzování
Z klimatických poměrů vyplývá, že objekt využívá maximálního výkonu tepelného zdroje jen několik dní v roce. Z tohoto důvodu se tepelné čerpadlo dimenzuje na 70-80 % výkonu k tepelné ztrátě objektu a zbytek energie dodá přídavný zdroj tepla. Tím klesnou pořizovací náklady jak na tepelné čerpadlo, tak i na jeho vlastní provoz.
Bivalence
Tepelné čerpadlo většinou nekryje celý topný výkon při nejnižších teplotách venkovního vzduchu. Toto tzv. monovalentní provedení by bylo zbytečně předimenzované. V chladnějších měsících s teplotami pod teplotou bivalence (kolem 0° až -5°C) tepelné čerpadlo dodává pouze část potřebného tepla, zbytek tepla je vyráběn jiným zdrojem (kotel na elektřinu, plyn, pevná, kapalná paliva,...). Tento provoz je nazýván jako bivalentní. Doba trvání velkých mrazů je v topném období velmi krátká, proto se bivalentní zdroj podílí na spotřebě energie jen asi 1/10 celkové potřeby tepla (obr.3).
 |
| Obr. 3 |
Topná soustava
Pro vytápění tepelným čerpadlem je důležité správně nadimenzovat topnou soustavu. Výhodné jsou nízkoteplotní topné soustavy (podlahové topení, velkoplošné radiátory), protože pro efektivní využití tepelného čerpadla je nutné, aby rozdíl teplot mezi nízkopotenciálním zdrojem a topným okruhem byl co nejnižší. Proto je nejvhodnější použití podlahového vytápění s teplotním spádem 35/30°C. Pokud jsou použity radiátory, pak ještě vyhoví velkoplošné typy s teplotním spádem nejvíce 55/45°C. Starší otopné soustavy s teplotou dimenzovanou na 90/70°C bývají často velmi předimenzované a je nutné ověřit, jestli postačí teplota topné vody z tepelného čerpadla, která je 55°C. Je možné, že po např. zateplení objektu nebude potřeba stávající radiátory měnit.
 |
| Obr. 4 |
Výkon bivalentního zdroje
S klesající venkovní teplotou klesá výkon tepelného čerpadla a současně ekvitermní řízení teploty otopné vody zvyšuje žádanou teplotu otopné vody. Pokud ji tepelné čerpadlo není schopno dodat, zapíná se bivalentní zdroj tepla (např.elektrokotel). S dále klesající venkovní teplotou klesá ještě více výkon tepelného čerpadla a bivalentní zdroj zvyšuje teplotu otopné vody a tím i teplotu vratné vody.
Návrh vytápěcího systému
Teplota topného média je ve vytápěcích systémech s tepelným čerpadlem omezena nejvyšší teplotou otopné vody 55°C. Toto omezení je dáno jednak tím, že s teplotou teplonosné látky souvisí tlak v kompresoru a ten je omezen jeho konstrukcí a při větších teplotách navíc dochází k poklesu topného faktoru.
Z důvodu omezení teploty je nutno použít systém s nižším rozdílem teplot otopné a vratné vody v topném systému. Aby se předala potřebná energie, je nutné zajistit vyšší průtok teplonosné látky. Na tyto podmínky je nutno navrhnout nebo upravit otopnou soustavu.
 |
| Obr. 5 |
Připojení bivalentního zdroje
Připojení je možné dvěma způsoby. Pokud je bivalentní zdroj samostatný kotel, připojí se do topného okruhu za akumulační nádrž. V případě nové instalace je výhodné instalovat do horní části akumulační nádrže topnou vložku tak, aby přes ní byl zajištěn průtok topného média před výstupem do topné soustavy.
Úspory
Jako příklad můžeme uvést větší rodinný dům s tepelnou ztrátou např. 15 kW (dům z pórobetonových tvárnic o obytné ploše asi 200 m2) spotřebuje asi 39000 kW tepla za rok. Pak lze sestavit níže uvedenou tabulku
| Tepelná ztráta objektu | 15 | kW |
| Roční spotřeba tepla pro vytápění | 39 000 | kWh |
| Roční spotřeba tepla pro přípravu TUV | 4 000 | kWh |
| Roční spotřeba energie pro další účely (vaření, praní, ostatní domácí spotřebiče) | 4 800 | kWh |
| Jistič | do 3x32A | |
| ELEKTŘINA PŘÍMOTOP | TEPELNÉ ČERPADLO | ZEMNÍ PLYN | KAPALNÝ PROPAN | TOPNÝ OLEJ | |
| Náklady za rok [Kč] | 60 800 | 25 500 | 45 300 | 99 200 | 73 700 |
| 239% | 100% | 178% | 459% | 289% | |
| Úspora za rok [Kč] | 35 300 | 0 | 19 800 | 73 700 | 48 208 |
Z přehledu je vidět porovnání cen za energie a další platby s odběrem dané energie spojené (stálé platy, nájmy,..). S uvážením všech těchto vlivů je zřejmé, že návratnost instalace tepelného čerpadla je výrazně nižší, než většina zákazníků předpokládá.
Zvýhodněná sazba elektřiny
Tepelné čerpadlo je počítáno při použití speciální sazby pro tepelná čerpadla, kterou energetické závody zavádějí od nového roku ještě výhodněji.
| Sazba D55 "tepelná čerpadla" | Sazba D45 "přímotopy" | |
| Stálý plat - jistič do 32 A ročně | 3300,- Kč | 7644,- Kč |
| Doba trvání nízkého tarifu | 22 h | 20 h |
| Cena za kWh v nízkém tarifu | 1,-Kč | 1,10 Kč |
Jen možností zavedení této sazby ušetří provozovatel 4344,- ročně na stálých platech a dále další 10% za elektrickou energii v nízkém tarifu, kterou má navíc o 2 hodiny denně déle - což představuje další úspory při spotřebě spotřebičů v domácnosti.
Ceny instalace
Cena tepelného čerpadla pro běžný rodinný domek činí 130 až 150 tisíc korun. K tomu je nutno připočítat cenu za montáž elektroinstalace a topenářské práce. Její výše je ovlivněna především složitostí umístění a celkovou připraveností topného systému.
Je to tedy výhodné
Srovnání si udělejte z uvedených údajů sami ...
Tepelná čerpadla regulus
| Model REGULUS | TC10 | TC15 | TC17 | TC28 | TC32 | TC48 | |
| Výkon | kW | 10,25 | 15,52 | 16,91 | 28,57 | 31,12 | 47,45 |
| Příkon | kW | 3,23 | 4,11 | 4,48 | 8,57 | 9,23 | 13,92 |
| Topný faktor | 3,17 | 3,78 | 3,77 | 3,33 | 3,37 | 3,41 | |
| Napětí | V/Hz | 3 x 400 / 50 | |||||
| Výměník | deskový, nerezová ocel | ||||||
| Optim. průtok | m3/h | 1,5 | 2,0 | 2,5 | 4,0 | 5,0 | 6,3 |
| Rozměry v/š/h | mm | 1350/1040/560 | 1740/1090/1290 | ||||
| Hlučnost | dB(A) | 58 | 58 | 71 | 65 | 65 | 74 |
| Hmotnost | kg | 150 | 155 | 160 | 350 | 365 | 380 |
 Obr. 6 |
Tepelná čerpadla REGULUS jsou vybavena oběhovým čerpadlem, vyrovnávacím zásobníkem a vestavěným nerezovým výměníkem pro ohřev topné vody. Přepnutím na letní provoz mohou i chladit.
Výhodou jejich kompaktní konstrukce je velmi jednoduchá montáž a to i pro stávající topné systémy a nízké pořizovací náklady.
Tepelná čerpadla REGULUS jsou vybavena digitální mikroprocesorovou regulací s hlášením provozních stavů a možností nastavení požadovaných výstupních teplot.
Naši technici jsou připraveni Vám navrhnout optimální řešení Vašeho topného systému, ohřevu teplé užitkové vody a bazénu včetně regulace, akumulačních nádrží apod.
