Tepelné čerpadlo a vykurovanie

Technika 1-2/2009

Teplo obsiahnuté v okolitom vzduchu, zemi (pôde - tzv. geotermálne teplo) či podzemnej alebo povrchovej vode, je pre svoju nízku teplotu bežným spôsobom nevyužiteľné. Toto prírodné, tzv. nizkopotenciálne teplo (NPT), ktoré je obnoviteľným a teda aj ekologicky energetickým zdrojom, môže byť pomocou tepelného čerpadla prevedená na teplo s teplotou tak vysokou, že sa môže využiť na vykurovanie alebo prípravu teplej úžitkovej vody (TUV).

Princíp tepelného čerpadla

Tepelné čerpadlo (TČ) pracuje vo svojom princípe ako chladiace zariadenie, ktorého hnacím prvkom je kompresor spravidla poháňaný elektromotorom. Zariadenie odvádza z prvého výmenníka (výparníka) teplo z prostredia s nižšou teplotou (napr. okolitý vzduch alebo zem) tým prostredie ochladzuje a pomocou hnacej elektrickej energie ho predáva v druhom výmenníku (kondenzátore) do prostredia s vyššou teplotou (napr. voda na vykurovanie) a tým prostredie ohrieva. Teplo prevedené z výparníka do kondenzátora sa pritom zväčšuje o teplo, na ktoré sa v kondenzátore mení hnacia elektrická energia. Topný výkon TČ je daný súčtom oboch vložených energií, t.j. že je vždy väčší ako energia hnacia. Pomer topného výkonu a elektrické príkonu je tzv. topný faktor.


Na celkovom množstve tepla prevedenom do druhého prostredia a teda topnom výkone sa podieľa teplo odobraté z prvého prostredia ( ktoré je k dispozícii zadarmo) asi 60 až 70 % a elektrická energia (ktorá sa musí zaplatiť) asi 30 až 40 %. Z 1 kWh elektrickej energie sa teda môže tepelným čerpadlom získať priemerne asi 2,5 až 3,5 kWh, prípadne i viacej tepelnej energie, t.j. topný faktor TČ je spravidla 2,5 až 3,5 a viac za vhodných podmienok.
Prevod tepla v TČ sa uskutočňuje pomocou pracovnej látky, tzv. chladivo, ktoré v zariadení trvale obieha a cyklický mení svoje skupenstvo. Privádzaným nízkopotenciálnym teplom sa vo výparníku pri sacom tlaku kompresora vyparuje, teplom odvádzaným v kondenzátore na vykurovanie pri výtlačnom tlaku kompresora kondenzuje. Prevod a stlačovanie pár z výparníka do kondenzátora zaisťuje kompresor. Prevod kvapalného chladiva z kondenzátora do výparníka zaisťuje vhodný expanzný (škrtiaci) ventil. Chladivo musí spĺňať ekologické, bezpečnostné a hygienické.

Ekologické vlastnosti TČ
Svojou činnosťou sa tepelné čerpadlo správa k svojmu okoliu ako ekologicky šetrné zariadenie. Paradoxom je ale, že v skutočnosti samo o sebe ekologické byť nemusí. Rozhoduje o tom pracovná látka t.j. chladivo, s ktorým tepelné čerpadlo pracuje. Niektoré chladivá sa pri svojom úniku (ktorý nikdy nemôžeme vylúčiť) podieľajú na narušovaní ozónovej vrstvy Zeme a tvorbe vrstvy vytvárajúcej skleníkový efekt.

Rozdiel medzi tepelným čerpadlom a klasickým zdrojom tepla
Na svoju prevádzku potrebuje TČ dva energetické zdroje: nízkopotenciálne teplo a hnaciu energiu (väčšinou elektrickú)
Parametre TČ, t.j. topný výkon a topný faktor sú výrazne závislé na vonkajších podmienkach: teplota nízkopotenciálneho tepla a teplota topného média
Teplotná úroveň topného média je zhora ohraničená, maximálna teplota topného média býva v rozmedzí 50 až 55 ºC

Návrh použitia tepelného čerpadla

Vykurovací systém s tepelným čerpadlom sa väčšinou nenavrhuje tak, aby TČ pokrývalo celý potrebný topný výkon pri najnižšej (vypočítanej) teplote vonkajšieho vzduchu (tzv. monovalentné prevedenie), pretože by to bolo zbytočné veľké a investične nákladné. Optimálne je riešenie tzv. bivalentného vykurovacieho systému, kedy sa tepelné čerpadlo navrhuje tak, aby samo pokrývalo topný výkon len do určitej vonkajšej teploty, napr. do 0 až -5 ºC (tzv. teplota bivalencie) a pi nižších teplotách mu pomáhal ďalší zdroj tepla, napr. elektrokotol. Pretože obdobie s nízkymi teplotami, kedy je potrebný väčší topný výkon ako dáva tepelné čerpadlo je relatívne krátke, podieľa sa druhý zdroj na celkovej spotrebe tepla pre vykurovanie spravidla menej ako 10 %. Takto riešeným systémom sa dosiahne optimálneho pomeru medzi zriaďovacími nákladmi a prevádzkovými nákladmi a môže sa ušetriť asi 50 až 65 % zaplatenej energie na vykurovanie.
Text: Ing. Branislav Petráš, IRPS

www.irps.sk

 

 

Späť

Najčítanejšie

Skalár III OS – ultra přesné měření

Prvním krokem k úsporám teplé vody (TV) v domě, je nezbytné, co nejpřesněji změřit její spotřebu. Česká společnost ULITEP, spol. s.r.o., ve spolupráci se společností Hydrometer GmbH, představuje vlastní výrobek, měřicí sestavu Skalár III OS s přesností do 1 %. VIAC

ULITEP

Automatické kotle na pelety ATMOS představují moderní vytápění

Automatické kotle na pelety dnes přestavují moderní způsob vytápění rodinných domů a jiných objektů. Kotle určené pro topení peletami s hořáky na pelety ATMOS A25 nebo A45 mají hodně společného s topením zemním plynem nebo topným olejem. VIAC

ATMOS


Energeticky úsporné, teplé, cenovo dostupné  suché podlahové kúrenie
Zdravá, prírodná alternatíva podlahy v podobe keramickej dlažby CREATON so sebou prináša množstvo výhod: úspora energie, nízka váha - len 38,25 kg/m2, hrúbka dlažby len 2 cm, použiteľnosť už po 48 hodinách, rýchlosť pokládky, jednoduchý perodrážkový systém, ktorý môže realizovať iba jeden človek a dokonca laik. VIAC

FA-BRICK