Fungovanie zeolitových tepelných čerpadiel

Ako efektívne a ekologicky výhodné riešenia využívania OZE na vykurovanie a prípravu teplej vody sa vpodmienkach našej krajiny javia tepelné čerpadlá. Tepelné čerpadlo odoberá inak nevyužiteľné nízkopotenciálne teplo z prírody alebo priemyselnej činnosti a premieňa ho pomocou elektrickej energie nateplo s vyšším potenciálom. Takto vzniknuté teplo sa dá následne využívať na rozličné účely - prípravu teplejvody, vykurovanie, chladenie alebo rôzne technologické ohrievacie procesy.


Vykurovací faktor

Rozhodujúcim ukazovateľom pri výbere tepelného čerpadla je vykurovací faktor (COP), ktorý je vyjadrením jeho efektivity. Vyjadruje pomer dodávaného tepla a množstva spotrebovanej energie. Vykurovací faktor sa pri tepelnom čerpadle mení podľa podmienok, v ktorých systém pracuje. Dôležitá je teplota teplonosnej látky na vstupe do tepelného čerpadla, aj na výstupe do vykurovacieho systému. Čím je číslo vykurovacieho faktora vyššie, tým je tepelné čerpadlo účinnejšie a jeho prevádzka je efektívnejšia. O efektivite tepelného čerpadla sa dá hovoriť v prípade, že hodnota vykurovacieho faktora je vyššia ako 3,0.



Dimenzovanie tepelných čerpadiel

Tepelné čerpadlá sú ako alternatívne zdroje energie určené najmä pre nízkoteplotné systémy (podlahové a stenové vykurovanie) s odporúčanou prevádzkovou teplotou do 35 °C. Použiť ich možno aj pri klasickom vykurovaní vykurovacími telesami, kde sa však počíta s maximálnou teplotou do 55 °C z dôvodu hospodárnej prevádzky tepelného čerpadla. Hlavným faktorom tepelného čerpadla je jeho správne nadimenzovanie. Výkon tepelného čerpadla sa nemusí inštalovať na 100 % tepelných strát objektu. Postačí dimenzovanie na 70 %, zvyšok strát pokrýva doplnkový zdroj tepla. Inštalácia výkonu na 100 % tepelných strát je nevýhodná pre zvýšenie investičných nákladov a menšiu úsporu prevádzkových nákladov. Pri poddimenzovaní tepelného čerpadla zas dochádza k obmedzeniu jeho činnosti a vyššiemu zaťaženiu.


Delenie tepelných čerpadiel

Podľa typu zdroja, z akého tepelné čerpadlá odoberajú teplo a média, ktorému ho odovzdávajú, rozoznávame tieto druhy tepelných čerpadiel:

  • tepelné čerpadlo zem - voda,
  • tepelné čerpadlo vzduch - voda,
  • tepelné čerpadlo voda - voda,
  • tepelné čerpadlo vzduch - vzduch.

V tomto článku sa podrobnejšie zameriame na rozdelenie tepelných čerpadiel podľa princípu činnosti, a to na:

  • kompresorové,
  • absorpčné,
  • adsorpčné (zeolitové).

Kompresorové a absorpčné čerpadlá V súčasnosti pracuje drvivá väčšina tepelných čerpadiel na princípe kompresorového chladiaceho obehu. Ako pohonný systém sa na zabezpečenie obehu pracovnej látky využíva kompresor s prívodom mechanickej, prípadne elektrickej energie. Absorpčné tepelné čerpadlá sa na rozdiel od kompresorových poháňajú termálne. V generátore sa zohrievajú dve látky s rozdielnym bodom varu - absorbent a chladiaci prostriedok (najčastejšie je ním voda). Chemickou reakciou týchto látok vzniká teplo, ktoré sa následne využíva na vykurovanie. Absorpčné tepelné čerpadlá majú v porovnaní s kompresorovými vyššiu energetickú efektívnosť, a to predovšetkým pri veľkých tepelných výkonoch. Odporúčajú sa preto najmä do väčších priemyselných objektov.


Zeolitové čerpadlá

Tajomstvom zeolitových tepelných čerpadiel sú malé keramické guľôčky zo zeolitu. Zeolit je vlastne piesčito-hlinitý kremičitan, ktorý má výnimočné fyzikálne sorpčné vlastnosti. Tieto vlastnosti vyplývajú z jeho osobitej kryštalickej (mikroporéznej) štruktúry. Vďaka tomu je zeolit schopný opakovane absorbovať a následne uvoľňovať veľké množstvo vody bez toho, aby dochádzalo k zmene pevnosti alebo štruktúry toto materiálu. Pri tomto procese absorbcie dochádza k exotermickej reakcii, pri ktorej sa uvoľňuje teplo. Zeolity sú netoxické, šetrné k životnému prostrediu, nehorľavé a ich vnútorný povrch je extrémne veľký - približne 1 000 m²/g. Pri adsorbcii nedochádza k úniku emisií do ovzdušia, preto tento materiál patrí k ekologickým.   Princíp fungovania zeolitového čerpadla zeoTHERM




1.Fáza zvlhčenia zeolitu (adsorpcia) - zisk tepla zo slnka

Zeolitové tepelné čerpadlo funguje tak, že pomocou slnečných kolektorov (4) sa voda pri nízkych teplotách odparuje (5) (odparovanie prebieha vďaka vákuovému kontajneru (2) už pri teplote 5°C), vodná para (3) stúpa nahor a rýchlo sa absorbuje do zeolitu. Pri tomto procese sa uvoľňuje teplo, ktoré je odovzdané do vykurovacieho okruhu (1). Množstvo  tepla získaného počas adsorpcie zeolitu je podstatne väčšie ako teplo ktoré by sa získalo len zo slnečného žiarenia. Len čo sa odparí všetka voda a zeolit ju pohltí, začína sa druhá fáza regenerácie- vysúšania zeolitu.

 

 

 

 

 

 

 


2. Fáza regenerácie - vysúšania zeolitu (desorpcia)

Po úplnom vyparení vody, plynová kondenzačná jednotka (1) ohrieva zeolitový vákuový modul (2) na teplotu okolo 110°C, čo spôsobí odparovanie vody. Výsledná para (3) prechádza do spodnej, chladnejšej časti modulu. Keď sa dostane do výmenníka (4) na báze vody, pary skondenzujú a produkujú kondenzačné teplo. Toto teplo je odovzdané do vykurovacieho okruhu (5) a celý proces začína odznova. Rozličné fázy procesu pritom prebiehajú v zariadení súčasne.

Zeolitové tepelné čerpadlo zeoTHERM súčasťou hybridného systému

K pokročilým progresívnym vykurovacím systémom patria tie, ktoré kombinujú niekoľko technológií priateľských k životnému prostrediu. Medzi tieto patria aj hybridné systémy so zeolitovým tepelným čerpadlom zložené z troch rôznych zdrojov tepla - kondenzačný kotol, zeolit a solárne kolektory. Adsorpčné zeolitové tepelné čerpadlá patria k aktuálnym novinkám na trhu, o ktorých zákazníci ešte príliš veľa nevedia. V porovnaní s bežnými kondenzačnými kotlami je efektívnosť samostatných zeolitových tepelných čerpadiel o 20% vyššia. Systém, ktorý okrem inovatívneho materiálu zeolit (zeolitový modul) a kondenzačnej jednotky využíva aj solárnu energiu (solárny výmenník), dokáže dosiahnuť celkovú účinnosť až 136%. Inovatívny systém vykurovania je ideálnym doplnkom do každého nového rodinného domu s nízkoteplotným vykurovacím systémom, najmä pre podlahové alebo stenové vykurovanie. Efektívne funguje v nízkoenergetických a pasívnych domoch, alebo v budovách, ktoré prešli rozsiahlou modernizáciou a znížením energetickej náročnosti.


Zeolitové tepelné čerpadlo zeoTHERM súčasťou hybridného systému

K pokročilým progresívnym vykurovacím systémom patria tie, ktoré kombinujú niekoľko technológií priateľských k životnému prostrediu. Medzi tieto patria aj hybridné systémy so zeolitovým tepelným čerpadlom zložené z troch rôznych zdrojov tepla - kondenzačný kotol, zeolit a solárne kolektory. Adsorpčné zeolitové tepelné čerpadlá patria k aktuálnym novinkám na trhu, o ktorých zákazníci ešte príliš veľa nevedia. V porovnaní s bežnými kondenzačnými kotlami je efektívnosť samostatných zeolitových tepelných čerpadiel o 20% vyššia.

 

 

Systém, ktorý okrem inovatívneho materiálu zeolit (zeolitový modul) a kondenzačnej jednotky využíva aj solárnu energiu (solárny výmenník), dokáže dosiahnuť celkovú účinnosť až 136%. Inovatívny systém vykurovania je ideálnym doplnkom do každého nového rodinného domu s nízkoteplotným vykurovacím systémom, najmä pre podlahové alebo stenové vykurovanie. Efektívne funguje v nízkoenergetických a pasívnych domoch, alebo v budovách, ktoré prešli rozsiahlou modernizáciou a znížením energetickej náročnosti.

Text: Ing. Juraj Malík

Foto: Vaillant

Späť

 

Pridať komentár

* :
* :
* :
1 + 4 =
Odoslanie formulára

Priemyselné utierky

MEWA - priemyselne_utierky