Jak snížit náklady na vytápění soukromého domu? Pro každého, kdo plánuje výstavbu příměstského bydlení, je to jeden z nejpalčivějších problémů. Odpovědí na to jsou tepelná čerpadla (TČ), která dokážou snížit náklady na vytápění až o 80 %. Tepelná čerpadla jsou relativně novým způsobem vytápění domu a zásobování teplou vodou, ale získávají na popularitě. Dále si povíme o principu fungování takového zařízení, typech tepelných čerpadel, jejich vlastnostech, výhodách a nevýhodách.

Elektřina, plyn a uhlí jsou tři hlavní typy vytápění, které používají ruští majitelé domů. Každý z energetických nosičů má své vlastní charakteristiky, ale jedno je spojuje – stabilní růst ceny rok od roku. To nás nutí hledat alternativy. Jednou z těchto alternativ jsou tepelná čerpadla – jednotky na kompresi páry, které zajišťují přenos tepla z nízkopotenciálních (chladných) zdrojů tepelné energie do chladiva.

Princip činnosti tepelného čerpadla

Konstrukce každého tepelného čerpadla zahrnuje následující zařízení: kondenzátor, výparník, kompresor (zvyšuje tlak) a expandér (snižuje tlak). Všechny uvedené prvky jsou spojeny s potrubím a představují jeden uzavřený okruh. Tímto okruhem cirkuluje chladicí kapalina. Freon, freon je odborný termín přiřazený skupině derivátů methanu a ethanu obsahujících fluor. Je to inertní plyn, který má ultranízký bod varu. Z tohoto důvodu je v “horké” části okruhu v plynném stavu a ve “studené” části se stává kapalinou.

Při pohybu do kompresoru je chladivo (nejčastěji freon) vystaveno vysokému tlaku a stlačeno, díky čemuž se jeho teplota zvyšuje. Tlakem ohřátý plyn vstupuje do další části výměníku tepla – kondenzátoru. Mezivýměník tepla zde předává teplo chladicí kapalině, která je součástí topného systému domu. Zatímco chladivo vydává teplo, kondenzuje, stává se opět kapalným a chladivo jím ohřáté se přivádí do topného systému. Kapalný freon prochází expandérem, kde se vaří a absorbuje teplo. Poté se přesune do výparníku, kde se zbývající kapalná frakce vyvaří – a cyklus se znovu opakuje.

Důležitou vlastností tepelných čerpadel je univerzálnost použití – při nízkých teplotách vzduchu zajišťují vytápění prostoru a v horkém počasí jejich chlazení. Ve druhém případě (reverzibilní tepelné čerpadlo) je použit stejný princip. Jediný rozdíl je v tom, že v horku se chladivo pohybuje jiným směrem – nepřichází zvenčí, ale z domu, z interiéru.

ČTĚTE VÍCE
Co zahrnuje systém klimatizace?

Princip činnosti tepelného čerpadla

Zkusme totéž převyprávět jednoduchými slovy.

Pojďme si připomenout, jak funguje lednička. Potraviny o pokojové teplotě jsou umístěny v komorách chladničky. Podle zákona zachování energie se jimi naakumulované teplo nemůže nikam odpařovat – musí se vyndat z chladničky, což se děje pomocí radiátoru umístěného za jednotkou. Radiátor je k tomu určen – k odvodu, předání okolnímu vzduchu tepla, „odebíraného“ z výrobků.

Nyní si představte chladničku, která je instalována venku s otevřenými dveřmi a její radiátor byl odstraněn a instalován v domě. I když je teplota venkovního vzduchu o několik stupňů vyšší než bod varu freonu, kterým je chladnička naplněna, jednotka toto teplo předá radiátorem do domu a odebírá ho z okolí. Toto je nejjednodušší příklad tepelného čerpadla. Popsaný princip se nazývá Carnotův cyklus: na něm je založen provoz chladicích jednotek a klimatické technologie.

Druhy tepelných čerpadel: aerotermální, hydrotermální, geotermální

Existují tři hlavní typy tepelných čerpadel. Liší se zdrojem tepla, cenou zařízení a náklady na instalaci, provozními parametry.

1. Aerotermální – vzduchová tepelná čerpadla. Využívají teplo z okolního vzduchu, z atmosféry. Zvláštností tohoto typu tepelných čerpadel je, že pro jejich instalaci není nutné utrácet peníze za vrtání studní, kopání příkopů a provádění jakýchkoli dalších pracných zemních prací – všechny jednotky jednotky jsou umístěny na povrchu. To je důležité plus, protože odhadované náklady jsou výrazně sníženy a také čas strávený instalací.

Se všemi těmito výhodami mají vzduchová tepelná čerpadla jednu důležitou nevýhodu – ve velkých mrazech přestávají fungovat. S jejich stabilním provozem se můžete spolehnout pouze při teplotě ne nižší než -25 ℃, z tohoto důvodu nemohou vzduchová čerpadla během chladného období v oblastech s tuhými zimami plně vytopit místnost.HP „netahá“ silné mrazy. Když teplota vzduchu klesne na -25 ° a níže, nebude schopen vyrovnat se s vytápěním domu, takže v tomto případě je nutné mít další generátor tepla – elektrický ohřívač nebo krb. V tomto případě se častěji využívá kombinace tepelného čerpadla a elektrokotle. Když venkovní teplota dosáhne -18-22 ℃, vzduchové tepelné čerpadlo se vypne a elektrický ohřívač jej zcela nahradí.

Dalším důležitým faktorem, který je třeba vzít v úvahu při výběru takového zařízení, je průměrná vlhkost v oblasti, kde se nachází váš domov. Ideální volbou pro takové systémy je nízká vlhkost a mírné zimy. Pokud je klima vlhké a chladné, je instalace vzduchových tepelných čerpadel nepraktická: tepelné systémy zamrznou a zůstanou v režimu odmrazování delší dobu.

ČTĚTE VÍCE
Je možné instalovat filtr na čištění vody ve vodorovné poloze?

Tepelná čerpadla vzduchu

2. Hydrotermální (vodní) čerpadla. Využívají teplo vody blízké nádrže nebo podzemní vody. Taková zařízení se vyznačují vysokou stabilitou a účinností díky vysokému koeficientu prostupu tepla vody a nízkým teplotním výkyvům. Hydrotermální tepelné čerpadlo má smysl pořídit v následujících případech:

  • na místě, kde se nachází váš dům, se podzemní voda vyskytuje v dostatečném objemu nebo je zde nádrž;
  • hloubka podzemní vody – ne více než 40 metrů;
  • voda má vlastnosti nezbytné pro stabilní provoz zařízení (nízký obsah železa a jiných nečistot)

Wells. Varianta se studniční vodou jako zdrojem tepla je nejobtížnější a nejnákladnější na instalaci. Zahrnuje vrtání dvou studní: jedna bude sloužit pro příjem vody, druhá – pro její vypouštění.

Nádrže. Jaké nádrže lze použít? Patří mezi ně moře, řeka nebo jezero, které se nesmí nacházet dále než 50 metrů od domu. Sběrač (trubky s chladivem) se položí na dno zásobníku a zatíží se zátěží. Díky vysoké teplotě pracovní kapaliny je zajištěna vysoká účinnost instalace a výrazné úspory nákladů na vytápění. Pro ty, kteří žijí v regionu s mírným klimatem, na pobřeží nebo v blízkosti hlubokého jezera či řeky, se vodní tepelné čerpadlo může stát zdrojem volné energie na mnoho let.

Zásoby. Dalším zdrojem vody, který mohou taková čerpadla využívat, jsou splašky. Úspěšně se používají jako zdroj tepla pro teplou vodu a topné systémy – jak soukromé domy, tak i výškové budovy.

3. Geotermální (půdní) čerpadla. Taková jednotka pro ohřev pracovní tekutiny ve výparníku využívá teplo půdy. Jedná se o nekonečný zdroj energie, protože teplota země pod bodem mrazu se nemění a nezávisí na povětrnostních podmínkách. Již v hloubce 3 metrů se teplota země pohybuje od +5 do +8℃ a v 10 metrech je již +10℃.

Topné systémy na bázi geotermálního tepelného čerpadla jsou vysoce účinné a dokážou v domě udržovat komfortní mikroklima po celý rok.

Použití zemního tepelného čerpadla znamená položení potrubí chladiva do země vedle domu. V tomto případě existují dvě možnosti umístění systémové trubky.

Vertikální geotermální sonda. V tomto případě jsou trubky umístěny ve svislé rovině. Hloubka jejich umístění může dosáhnout 100 metrů, což činí tuto možnost poměrně nákladnou. Další nuancí je potřeba koordinace s dozorovými orgány při vrtání vrtů takové hloubky. Výhodou tohoto technického řešení je úspora plochy pozemku.

ČTĚTE VÍCE
Jak utěsnit plastové kanalizační potrubí?

Alternativou k hlubokému pokládání potrubí je schéma, které využívá více geotermálních vertikálních sond. Jsou pohřbeny v zemi o 20 metrů a jsou umístěny ve vzdálenosti 5-7 metrů od sebe. Při použití této metody je účinnost sond (měrný odvod tepla) dána druhem zeminy. Nejvýhodnější je kamenitá podmáčená půda, která dobře vede teplo (70 W/m). Vlhké sedimentární horniny poskytují až 50 W/m. Nejméně „účinné“ budou suché usazené horniny – v tomto případě odvod tepla nepřesáhne 30 W/m.

Abych to shrnul: geotermální vertikální sondy jsou drahé kvůli hloubkovým vrtům, ale mají své výhody: vysoký měrný odvod tepla, zaručenou teplotní stabilitu, úsporu plochy a minimální poškození krajiny.

Geotermální tepelné čerpadlo

Horizontální obrys (kolektor). Při tomto uspořádání trubek jsou umístěny v zemi do mělké hloubky (pod úrovní zamrznutí půdy – od 1,2 do 3 metrů) a jsou umístěny na velké ploše. Délka trubek geokontury se v každém případě vypočítá individuálně. K tomuto účelu lze použít polyethylenové trubky různých průměrů (od 25 do 40 mm), které jsou umístěny ve vzdálenosti 500-1000 mm od sebe.

V závislosti na projektu může mít kolektor různý tvar (spirála, klikatá, smyčky atd.). Po položení se kolektorové trubky naplní pracovní kapalinou (nemrznoucí kapalinou), která absorbuje teplo ze země, přenese jej do tepelného čerpadla a uvolní jej do chladiva. Poté se ochlazená nemrznoucí směs opět vrací do podzemního okruhu a cyklus se opakuje.

Účinnost čerpadla je dána vlastnostmi půdy jako zdroje tepla. Například jíl nasycený vlhkostí poskytuje až 25 W na metr potrubí, suchý jíl 15-18 W / m, písek (suchý) – 10 W / m. Například pro vytápění domu o rozloze 100 m2 budete potřebovat volnou plochu 400 metrů čtverečních. Z toho můžeme usoudit, že geotermální čerpadla s horizontálním kolektorem budou vyhovovat majitelům lokalit s velkou plochou bez budov.

Vlastnosti provozu tepelných čerpadel

Aby se minimalizovalo riziko poruch tepelného čerpadla a aby fungovalo co nejefektivněji, musíte se postarat o zajištění teplotního rozdílu chladicí kapaliny na vstupu a výstupu z výměníků tepla, delta 5 ℃ ( teplotní rozdíl), stejně jako uspořádání třífázové elektrické sítě v domě – to ochrání zařízení před přepětím. Další nuancí je, že musí být provedena vysoce kvalitní izolace prostor (maximální přípustná úroveň tepelných ztrát není větší než 100 W / m²).

ČTĚTE VÍCE
Je možné vyrobit televizi z monitoru počítače?

Hlavní výhody a nevýhody tepelných čerpadel

Klíčovou výhodou HP je, že jejich účinnost je několikanásobně vyšší než u běžných elektrických topných nebo klimatizačních zařízení. Například i u moderních, úsporných elektrických ohřívačů se množství vyrobeného tepla přibližně rovná vynaložené energii.

Tepelná čerpadla jsou v této oblasti bezkonkurenční – vyrobí 3-7x více tepelné energie (COP), než spotřebuje elektřiny. COP je jednotka, která měří účinnost tepelného čerpadla.

Mezi další výhody instalace tepelného čerpadla patří:

  • Dlouhá pracovní životnost. Pokud dodržujete pravidla provozu a provádíte údržbu včas, mohou čerpadla fungovat bez poruch a oprav po celá desetiletí (až 30 let nebo více). Jediným “slabým článkem” v takových systémech je kompresor, který může vyžadovat výměnu jednou za 15-20 let;
  • Výrazná úspora paliva. V Rusku ceny energií vždy jen rostou a HP na nich dlouhodobě umožňuje ušetřit nemalé částky;
  • Všestrannost použití. Většina modelů tepelných čerpadel má jednu pozoruhodnou vlastnost – reverzibilitu: v letních vedrech ochlazují dům a v chladném období zajišťují vytápění;
  • Plná automatizace. Správné nastavení provozu HP zajišťuje plnou automatizaci: uživatel musí nastavit pouze teplotu pro vytápění prostor v zimě a chlazení v létě;
  • Široká geografie použití. Různé typy HP umožňují jejich provoz v různých regionech s různými klimatickými podmínkami: v případě tepelných čerpadel může jako zdroje tepla fungovat půda, vzduch nebo voda;
  • Vyhlídky na úplnou autonomii. Pokud se jako zdroj elektřiny použijí solární panely, pak je možné v jakékoli, i té nejodlehlejší oblasti postavit zcela autonomní dům, který si sám zajistí teplo, vodu a elektřinu;
  • Minimální údržba. Spolehlivost a životnost zařízení činí jeho provoz nízkými náklady;
  • Zdroj tepla zcela zdarma. Za vzduch, který dýcháme, vodu v nádržích a půdu pod nohama ještě neplatíme: pomocí tepelných čerpadel se stávají nekonečným zdrojem pro získávání tepelné energie.

Mezitím mají tyto systémy také své nevýhody, o kterých musíte vědět:

Vysoké náklady na samotné zařízení a jeho instalaci. Vzhledem k tomu, že počáteční náklady jsou poměrně vysoké, HP se nevyplatí okamžitě – v průměru to trvá 3-7 let. Pouze aerotermální (vzduchová) čerpadla se rychle zaplatí, což vyžaduje minimální náklady na instalaci.

ČTĚTE VÍCE
Jaký počet otáček by měl být na hřídeli spojky?

Orientace na topné systémy s nízkou teplotou chladicí kapaliny. Nejvýhodnější je použití tepelných čerpadel pro systémy podlahového vytápění s teplotou 35-40°C.

Vliv geotermálních čerpadel na aerobní mikroorganismy. Při provozu půdních čerpadel je země kolem potrubí vystavena neustálému ochlazování, což vede ke smrti aerobních bakterií, které pomáhají čistit odpadní vodu od škodlivých látek.

Tepelné čerpadlo

Výběr tepelného čerpadla: hlavní kritéria

Těm, kteří plánují nákup takového zařízení, se doporučuje vybrat vhodný model podle následujících kritérií:

  • Klimatické podmínky v regionu bydliště. Pro regiony s mrazivými zimami je vhodný pouze omezený počet modelů;
  • Přístup ke zdrojům tepelné energie. U geotermálních čerpadel se jedná o přítomnost volného území v lokalitě, u hydrotermálních VT o přítomnost v blízkosti vodních ploch, podzemních vod;
  • Plocha vytápěného objektu, jeho energetická účinnost. Čím větší dům, tím složitější a dražší bude tepelné čerpadlo: výkonné modely vyžadují značné náklady na instalaci.
  • Rozpočet nákupu. Cenově nejdostupnější jsou vzduchová tepelná čerpadla, která nevyžadují velké instalační náklady.

Výpočet výkonu tepelného čerpadla. Jak výkonné by mělo být čerpadlo? Pro výpočet potřebného výkonu potřebujete znát následující parametry: množství přenosu tepla do topných systémů, celkový povrch potrubí ve výparnících a kondenzátoru a také objem pracovní tekutiny (chladivo).

Pohodlným řešením by v tomto případě bylo použít pro výpočty online kalkulačku. Nejčastěji je potřeba zadat:

  • výška stropů a celková plocha domu (počítá se vytápěná plocha);
  • oblast bydliště (určují se průměrné teploty vzduchu);
  • energetická náročnost objektu (stupeň zateplení domu) – spočítá se požadovaný výkon tepelného čerpadla.

Příklad výpočtů. Pro vytápění domu o ploše 150 m² se doporučuje TČ o výkonu 11-13 kW.

Tepelné čerpadlo

Praktické rady pro výběr tepelného čerpadla

Tepelná čerpadla jsou technicky složitá, drahá zařízení, proto byste k jejich nákupu měli přistupovat se vší zodpovědností.

Před nákupem musíte kontaktovat příslušné specialisty, aby vypracovali projekt a provedli potřebné výpočty.

Vhodnější je kontaktovat jednu společnost, která poskytuje celou škálu služeb: prodej zařízení, instalace a servis.