Systém vytápění tepelným čerpadlem

Situace je taková, že v současné době je nejoblíbenějším způsobem vytápění domu použití topných kotlů – plynových, na tuhá paliva, naftových a mnohem méně často – elektrických. Ale tak jednoduché a zároveň technologicky vyspělé systémy, jako jsou tepelná čerpadla, nebyly rozšířeny a marně. Pro ty, kteří milují a vědí, jak vše předem vypočítat, jsou jejich výhody zřejmé. Tepelná čerpadla pro vytápění nespalují nenahraditelné zásoby přírodních zdrojů, což je nesmírně důležité nejen z hlediska ochrany životního prostředí, ale také šetří energetické zdroje, protože každým rokem zdražují. Kromě toho můžete pomocí tepelných čerpadel nejen vytápět místnost, ale také ohřívat teplou vodu pro potřeby domácnosti a upravovat místnost v letních vedrech..

Jak funguje tepelné čerpadlo

Pojďme se trochu podrobněji zabývat principem fungování tepelného čerpadla. Pamatujte si, jak chladnička funguje. Teplo produktů v něm umístěných je čerpáno a odváděno do chladiče umístěného na zadní stěně. Je snadné to ověřit dotykem. Domácí klimatizace mají podobný princip: čerpají teplo z místnosti a vyhazují ho na radiátor umístěný na vnější stěně budovy..

Provoz tepelného čerpadla, chladničky a klimatizace je založen na Carnotově cyklu.

Jak funguje tepelné čerpadlo

Tepelné čerpadlo potřebuje ke svému provozu elektřinu. Ale to je stále mnohem výnosnější než použití pouze elektrického ohřívače. Protože elektrický kotel nebo elektrický ohřívač vydává přesně stejné množství elektřiny, jaké vydává teplo. Pokud je například na topení napsán výkon 2 kW, pak vydá 2 kW za hodinu a vyrobí 2 kW tepla. Tepelné čerpadlo produkuje 3–7krát více tepla, než spotřebovává elektrickou energii. Například 5,5 kW / h se používá k provozu kompresoru a čerpadla a získá se 17 kW / h tepla. Právě tato vysoká účinnost je hlavní výhodou tepelného čerpadla..

Výhody a nevýhody topného systému „tepelné čerpadlo“

Kolem tepelných čerpadel koluje mnoho legend a mylných představ, přestože se nejedná o tak inovativní a high-tech vynález. Pomocí tepelných čerpadel se vyhřívají všechny „teplé“ státy v USA, prakticky celé Evropě a Japonsku, kde je technologie vypracována téměř k ideálu a dlouhodobě. Mimochodem, nemyslete si, že takové zařízení je čistě zahraniční technologie a přišlo k nám docela nedávno. Dokonce i v SSSR byly takové jednotky použity v experimentálních zařízeních. Příkladem toho je sanatorium Družba ve městě Jalta. Kromě futuristické architektury, připomínající „boudu na kuřecích stehnech“, je toto sanatorium proslulé také tím, že se v něm od 80. let 20. století používají průmyslová tepelná čerpadla. Zdrojem tepla je blízké moře a samotná čerpací stanice nejen ohřívá všechny prostory sanatoria, ale také zajišťuje teplou vodu, ohřívá vodu v bazénu a během horkého období ji ochlazuje. Pokusme se tedy bořit mýty a zjistit, zda má smysl si takto vytápět domácnost..

Výhody systémů vytápění tepelným čerpadlem:

  • Úspora energie. V souvislosti s rostoucími cenami plynu a nafty velmi relevantní výhoda. Ve sloupci „měsíční výdaje“ bude uvedena pouze elektřina, která, jak jsme již psali, potřebuje mnohem méně, než skutečně vyrobené teplo. Při nákupu jednotky je třeba věnovat pozornost takovému parametru, jako je koeficient tepelné transformace „ϕ“ (lze jej také nazvat koeficientem přeměny tepla, koeficientem transformace výkonu nebo teploty). Ukazuje poměr množství tepelného výkonu k vynaložené energii. Například pokud ϕ = 4, pak při spotřebě 1 kW / h získáme 4 kW / h tepelné energie.
  • Úspory na údržbě. Tepelné čerpadlo nevyžaduje žádné zvláštní zacházení. Náklady na údržbu jsou minimální.
  • Lze nainstalovat na jakékoli místo. Zdroje nízkoteplotního tepla pro provoz tepelného čerpadla mohou být půda, voda nebo vzduch. Ať už stavíte dům kdekoli, dokonce i ve skalnatém terénu, vždy existuje příležitost najít „jídlo“ pro jednotku. V oblasti vzdálené od plynovodu je to jeden z nejoptimálnějších topných systémů. A dokonce i v oblastech bez elektrického vedení lze nainstalovat benzínový nebo naftový motor, aby byl kompresor v provozu..
  • Není třeba sledovat provoz čerpadla, doplňovat palivo, jako je tomu u kotle na tuhá paliva nebo na naftu. Celý systém vytápění tepelným čerpadlem je automatizován.
  • Můžete odejít na delší dobu a nebát se, že systém zamrzne. Současně můžete ušetřit peníze instalací čerpadla, které v obývacím pokoji zajistí teplotu + 10 ° С..
  • Bezpečné pro životní prostředí. Pro srovnání, při použití tradičních kotlů, které spalují palivo, vždy vznikají různé oxidy CO, CO2, NOx, SO2, PbO2, v důsledku čehož se na půdu kolem domu ukládají sloučeniny fosforu, dusíku, kyseliny sírové a benzoové. Při chodu tepelného čerpadla se nic nevydává. A chladiva použitá v systému jsou naprosto bezpečná.
  • To také zahrnuje zachování nenahraditelných přírodních zdrojů planety..
  • Bezpečnost pro lidi a majetek. V tepelném čerpadle se nic nezahřívá natolik, aby to způsobilo přehřátí nebo výbuch. Navíc v ní prostě není co vybuchnout. Lze ji tedy připsat zcela ohnivzdorným jednotkám..
  • Tepelná čerpadla úspěšně fungují i ​​při okolních teplotách -15 ° C. Pokud se tedy někomu zdá, že takový systém dokáže vytápět dům pouze v regionech s teplými zimami až do +5 ° C, pak se mýlí.
  • Reverzibilita tepelného čerpadla. Nespornou výhodou je univerzálnost jednotky, pomocí které je možné topit jak v zimě, tak v létě. V horkých dnech tepelné čerpadlo odebírá teplo z místnosti a usměrňuje ho do země pro skladování, odkud jej bude v zimě zase odebírat. Vezměte prosím na vědomí, že ne všechna tepelná čerpadla jsou reverzibilní, pouze některé modely.
  • Trvanlivost. Při správné péči mohou tepelná čerpadla topného systému žít 25 až 50 let bez větších oprav a pouze jednou za 15 až 20 let bude nutné vyměnit kompresor.

Nevýhody systémů vytápění tepelným čerpadlem:

  • Velká počáteční investice. Kromě toho, že ceny tepelných čerpadel pro vytápění jsou poměrně vysoké (od 3 000 do 10 000 cu), kromě uspořádání geotermálního systému budete muset utratit ne méně než samotné čerpadlo. Výjimkou je tepelné čerpadlo vzduch -vzduch, které nevyžaduje další práci. Tepelné čerpadlo se brzy nevyplatí (za 5 – 10 let). Odpověď na otázku, zda k vytápění použít tepelné čerpadlo, či nikoli, tedy spíše závisí na preferencích majitele, jeho finančních možnostech a podmínkách stavby. Například v oblasti, kde dodávka plynovodu a připojení k němu stojí stejně jako tepelné čerpadlo, má smysl upřednostňovat toto tepelné čerpadlo..

Duální režim vytápění tepelným čerpadlem

  • V oblastech, kde teplota v zimě klesá pod -15 ° C, je nutné použít přídavný zdroj tepla. Říká se tomu bivalentní topný systém, ve kterém tepelné čerpadlo poskytuje teplo, když je venku -20 ° C, a když selže, je například připojen elektrický ohřívač nebo plynový kotel nebo tepelný generátor..

Provoz tepelného čerpadla

  • Je nejvhodnější použít tepelné čerpadlo v systémech s nízkoteplotním tepelným nosičem, jako je např systém podlahového vytápění (+35 ° C) a jednotky fan coil (+35 – +45 ° C). Fan coil jednotky jsou ventilátorový konvektor, ve kterém se teplo / chlad přenáší z vody na vzduch. Vybavit takový systém ve starém domě bude vyžadovat kompletní přestavbu a rekonstrukci, což bude znamenat dodatečné náklady. Při stavbě nového domu to není nevýhoda..
  • Ekologičnost tepelných čerpadel odebírajících teplo z vody a půdy je do určité míry relativní. Faktem je, že v průběhu práce se prostor kolem potrubí s chladicí kapalinou ochlazuje, což narušuje zavedený ekosystém. Dokonce i v hlubinách půdy žijí anaerobní mikroorganismy, které zajišťují životně důležitou činnost složitějších systémů. Na druhou stranu ve srovnání s výrobou plynu nebo ropy je poškození tepelným čerpadlem minimální..

Vyhodnoťte všechna pro a proti, abyste se rozhodli správně.

Zdroje tepla pro provoz tepelného čerpadla

Tepelná čerpadla odebírají teplo z přírodních zdrojů, které v teplém období akumulují sluneční záření. Tepelná čerpadla se liší v závislosti na zdroji tepla..

Základní nátěr

Půda je nejstabilnějším zdrojem tepla, které se během sezóny hromadí. V hloubce 5 – 7 m je teplota půdy téměř vždy konstantní a rovná se přibližně +5 – + 8 ° С a v hloubce 10 m je vždy konstantní + 10 ° С. Existují dva způsoby, jak sbírat teplo ze země.

Horizontální zemní kolektor tepelného čerpadla

Horizontální půdní kolektor je vodorovně položená trubka, kterou cirkuluje chladicí kapalina. Hloubka horizontálního kolektoru se vypočítává individuálně v závislosti na podmínkách, někdy je to 1,5 – 1,7 m – hloubka zamrznutí půdy, někdy nižší – 2 – 3 m, aby byla zajištěna větší teplotní stabilita a menší rozdíl, a někdy pouze 1 – 1,2 m – zde se půda začíná na jaře rychleji zahřívat. Jsou chvíle, kdy je vybaven dvouvrstvým horizontálním kolektorem..

Zemní kolektor tepelného čerpadla

Horizontální kolektorové trubky jsou k dispozici v různých průměrech 25 mm, 32 mm a 40 mm. Tvar jejich rozložení může být také odlišný – had, smyčka, cikcak, různé spirály. Vzdálenost mezi trubkami v hadovi by měla být nejméně 0,6 ma obvykle 0,8 – 1 m.

Specifický odvod tepla z každého běžného metru potrubí závisí na struktuře půdy:

  • Suchý písek – 10 W / m;
  • Suchá hlína – 20 W / m;
  • Jíl je vlhčí – 25 W / m;
  • Jíl s velmi vysokým obsahem vody – 35 W / m.

K vytápění domu o rozloze 100 m2 za předpokladu, že půda je vlhká hlína, budete na kolektor potřebovat 400 m2 plochy pozemku. To je docela dost – 4 – 5 arů. A vzhledem k tomu, že na tomto místě by neměly být žádné budovy a je povolen pouze trávník a květinové záhony s ročními květinami, pak si ne každý může dovolit vybavit horizontální kolektor.

Zvláštní kapalina protéká trubkami kolektoru, také se tomu říká “solanka” nebo nemrznoucí směs, například 30% roztok ethylenglykolu nebo propylenglykolu. „Solanka“ shromažďuje teplo země a je směrována k tepelnému čerpadlu, kde ho předává chladivu. Ochlazená „solanka“ proudí zpět do zemního kolektoru.

Svislá zemní sonda pro tepelné čerpadlo

Svislá zemní sonda je systém trubek zakopaných na 50 – 150 m. Může to být jen jedna trubka ve tvaru U, spuštěná do velké hloubky 80 – 100 m a vyplněná betonem. Nebo možná systém trubek ve tvaru písmene U snížený o 20 m, aby sbíral energii z větší oblasti. Vrtání do hloubky 100 – 150 m je nejen drahé, ale vyžaduje také speciální povolení, a proto často jdou na trik a vybaví několik mělkých sond. Vzdálenost mezi takovými sondami je 5 – 7 m..

Specifický odvod tepla z vertikálního kolektoru také závisí na hornině:

  • Suché sedimentární horniny – 20 W / m;
  • Sedimentární horniny nasycené vodou a kamenitou půdou – 50 W / m;
  • Kamenitá půda s vysokým součinitelem tepelné vodivosti – 70 W / m;
  • Podzemní (zvlněné) vody – 80 W / m.

Plocha pro vertikální kolektor je velmi malá, ale náklady na jejich uspořádání jsou vyšší než u horizontálního kolektoru. Výhodou vertikálního kolektoru je také stabilnější teplota a větší tepelný výkon..

Voda

Existuje mnoho způsobů, jak využít vodu jako zdroj tepla.

Rozdělovač vody tepelného čerpadla

Sběrač na dně otevřené nemrznoucí nádrže – řeky, jezera, moře – představuje potrubí s „solankou“, ponořené za pomoci nákladu. Vzhledem k vysoké teplotě chladicí kapaliny je tato metoda nejziskovější a nejhospodárnější. Sběrač vody může vybavit pouze ten, od koho se nádrž nachází nejvýše 50 m, jinak dojde ke ztrátě účinnosti instalace. Jak jste pochopili, ne každý má takové podmínky. Ale nepoužívat tepelná čerpadla pro obyvatele pobřežních oblastí je jen krátkozraké a hloupé..

Teplo z odpadní vody pro provoz tepelného čerpadla

Sběrač kanalizace nebo odpadní vody poté, co lze technické instalace použít k vytápění domů a dokonce i výškových budov a průmyslových podniků ve městě, jakož i k přípravě teplé vody. Co se úspěšně dělá v některých městech naší vlasti.

Vodní studna pro tepelné čerpadlo

Studna nebo podzemní voda používá méně často než ostatní sběratelé. Takový systém předpokládá výstavbu dvou studní, z jedné se odebírá voda, která předává své teplo chladivu v tepelném čerpadle, a do druhé se vypouští ochlazená voda. Místo studny může být filtrační studna. V každém případě by měla být vypouštěcí studna umístěna ve vzdálenosti 15 – 20 m od první, a dokonce i po proudu (podzemní voda má také svůj průběh). Tento systém je poměrně obtížné provozovat, protože je nutné sledovat kvalitu dodávané vody – musí být filtrována a části tepelného čerpadla (výparníku) musí být chráněny před korozí a znečištěním..

Vzduch

Tepelné čerpadlo vzduch

Nejjednodušší design je topný systém tepelného čerpadla vzduchového zdroje. Není nutné žádné další potrubí. Vzduch z okolního prostředí jde přímo do výparníku, kde předává své teplo chladicí kapalině, která zase předává teplo chladicí kapalině uvnitř domu. Může to být vzduch pro fancoilové jednotky nebo voda pro podlahové vytápění a radiátor..

Princip činnosti tepelného čerpadla vzduch -vzduch

Náklady na instalaci vzduchového tepelného čerpadla jsou nejnižší, ale výkon instalace je velmi závislý na teplotě vzduchu. V oblastech s teplými zimami (až +5 – 0 ° С) je to jeden z nejekonomičtějších zdrojů tepla. Pokud však teplota vzduchu klesne pod -15 ° C, výkon klesne natolik, že nemá smysl používat čerpadlo, ale je výhodnější zapnout konvenční elektrický ohřívač nebo kotel.

Recenze vzduchových tepelných čerpadel na vytápění jsou velmi kontroverzní. Vše závisí na regionu jejich použití. Je výhodné je používat v regionech s teplými zimami, například v Soči, kde v případě silných mrazů není ani potřeba duplicitní zdroj tepla. Je také možné instalovat vzduchová tepelná čerpadla v oblastech, kde je vzduch relativně suchý a teplota v zimě až -15 ° C. Ale ve vlhkém a chladném klimatu takové instalace trpí námrazou a mrazem. Rampouchy přilepené k ventilátoru nedovolují normálnímu fungování celého systému.

Vytápění tepelným čerpadlem: náklady na systém a provozní náklady

Výkon tepelného čerpadla je zvolen v závislosti na funkcích, které mu budou přiřazeny. Pokud jde pouze o vytápění, lze výpočty provádět ve speciální kalkulačce, která zohledňuje tepelné ztráty budovy. Mimochodem, nejlepší výkon tepelného čerpadla s tepelnou ztrátou budovy nepřesahující 80 – 100 W / m2. Pro jednoduchost budeme předpokládat, že k vytápění 100 m2 domu se 3 m vysokými stropy a tepelnou ztrátou 60 W / m2 je zapotřebí 10 kW čerpadlo. K ohřevu vody budete muset vzít jednotku s výkonovou rezervou – 12 nebo 16 kW.

Náklady na tepelné čerpadlo závisí nejen na výkonu, ale také na spolehlivosti a požadavcích výrobce. Například ruská jednotka o výkonu 16 kW bude stát 7 000 $, zatímco 17 kW zahraniční čerpadlo RFM 17 stojí asi 13 200 $. se vším souvisejícím vybavením, kromě sběrného potrubí.

Další řádek výdajů bude uspořádání kolektoru. Záleží také na kapacitě instalace. Například pro dům o 100 m2, ve kterém je všude instalováno podlahové vytápění (100 m2) nebo radiátory o rozloze 80 m2, a také pro ohřev vody na +40 ° C o objemu 150 l / h bude je nutné vrtat studny pro sběratele. Takový vertikální kolektor bude stát 13 000 dolarů..

Sběrač na dně nádrže bude stát o něco méně. Za stejných podmínek to bude stát 11 000 $. Je však lepší objasnit náklady na instalaci geotermálního systému ve specializovaných společnostech, může to být velmi odlišné. Například uspořádání horizontálního kolektoru pro čerpadlo o výkonu 17 kW bude stát pouze 2 500 USD. A u vzduchového tepelného čerpadla není kolektor vůbec potřeba.

Celkově jsou náklady na tepelné čerpadlo 8 000 USD. v průměru je uspořádání kolektoru 6000 USD. průměrný.

Měsíční náklady na vytápění tepelným čerpadlem zahrnují pouze náklady na elektřinu. Můžete je vypočítat takto – spotřeba energie musí být uvedena na čerpadle. Například u zmíněného 17 kW čerpadla je spotřeba energie 5,5 kW / h. Topný systém pracuje celkem 225 dní v roce, tj. 5400 hodin. Vzhledem k tomu, že tepelné čerpadlo a kompresor v něm pracují cyklicky, musí být spotřeba energie snížena na polovinu. Během topné sezóny bude vynaloženo 5400 h * 5,5 kW / h / 2 = 14850 kW.

Vynásobíme počet spotřebovaných kWt náklady na energetický nosič ve vaší oblasti. Například 0,05 $. na 1 kW / hod. Celkově bude za rok vynaloženo 742,5 USD. Za každý měsíc, ve kterém tepelné čerpadlo pracovalo na vytápění, připadá 100 USD. náklady na elektřinu. Pokud náklady rozdělíte na 12 měsíců, získáte 60 USD měsíčně..

Účinnost tepelného čerpadla

Pamatujte, že čím nižší je spotřeba energie tepelného čerpadla, tím nižší jsou měsíční náklady. Například existuje 17 kW čerpadel, která spotřebují pouze 10 000 kW za rok (stojí 500 USD). Je také důležité, aby výkon tepelného čerpadla byl tím větší, čím menší je teplotní rozdíl mezi zdrojem tepla a chladicí kapalinou v topném systému.. Proto říkají, že je výhodnější instalovat podlahové vytápění a fancoilové jednotky. Ačkoli lze instalovat i standardní topné radiátory s vysokoteplotním tepelným nosičem (+65 – +95 ° C), ale s přídavným tepelným akumulátorem, například nepřímým topným kotlem. K ohřevu teplé vody slouží také kotel..

Tepelná čerpadla jsou výhodná při použití v bivalentních systémech. Kromě čerpadla lze nainstalovat i solární kolektor, který bude schopen plně zajistit pumpě elektrickou energii v létě, kdy bude fungovat na chlazení. Pro zimní zabezpečení můžete přidat generátor tepla, který ohřeje vodu pro zásobování teplou vodou a vysokoteplotní radiátory.

About the author