Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 11/2016 vyšlo tiskem
7. 11. 2016. V elektronické verzi na webu od 1. 12. 2016. 

Téma: Rozváděče a rozváděčová technika; Točivé stroje a výkonová elektronika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu

Aktuality

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Více aktualit

Volba tepelného zdroje pro tepelné čerpadlo

číslo 12/2006

Volba tepelného zdroje pro tepelné čerpadlo

z německého originálu de, 22/2005,
upravil Ing. Josef Košťál, redakce Elektro

Tepelné čerpadlo využívá sluneční energii akumulovanou ve vzduchu, vodě a půdě. Sluneční energie je proto pro vytápění a zásobování teplou vodou k dispozici po celý rok, v každém ročním období. Při volbě vhodného tepelného zdroje pro tepelné čerpadlo je třeba brát v úvahu podmínky okolního prostředí. Dobrou pomůckou je metoda porovnání kladů a záporů, popř. výhod a nevýhod.
Elektrické tepelné čerpadlo je označováno podle používaného tepelného zdroje a teplonosného média. Výrobci nabízejí tepelná čerpadla s různými systémy i s různými výkony. Pro jakýkoliv aplikační případ lze proto vždy vybrat vhodné elektrické tepelné čerpadlo.

Tepelný zdroj vzduch

Velká výhoda vzduchu jako tepelného zdroje spočívá v tom, že je snadno dostupný a že ho lze téměř všude využít. Stavební náklady jsou nízké.

Obr. 1.

Obr. 1. Diagram toku energie pro elektrické tepelné čerpadlo

Tepelná čerpadla vzduch-voda dosahují energetických čísel okolo 3,3 – to znamená, že zařízení v ročním průměru vyprodukuje na jeden díl přiváděné (hnací) elektrické energie 3,3 dílu užitečná energie. Tato zařízení existují ve variantách jak pro vnitřní, tak pro venkovní instalaci (obr. 2) a jsou použitelná pro všechny novostavby i sanace.

Tepelný zdroj spodní voda

Spodní voda je ideální akumulátor (zásobník) slunečního tepla. Výhoda spočívá v konstantní teplotě vody po celý rok. I v nejchladnějších zimních dnech má spodní voda teplotu +7 až +12 °C. Studniční zařízení sice podléhá úřednímu povolení, vyžaduje zemní práce a stavební opatření, nicméně tam, kde jsou pro využití spodní vody příznivé podmínky, se instalace tepelného čerpadla (obr. 3) rozhodně vyplatí.

Tepelný zdroj půda

Půda představuje pro hospodárný provoz monovalentního elektrického tepelného čerpadla dobrý akumulátor tepla. Teplota půdy při povrchu je v závislosti na ročním období +5 až +17 °C. Na základě těchto poměrně konstantních teplot mohou tepelná čerpadla solanka-voda dosahovat hodnoty ročních energetických čísel 4 i vyšších, tj. z jedné kilowatthodiny elektrické energie lze získat 4 kW·h užitečné energie.

Obr. 2.

Obr. 2. Tepelné čerpadlo vzduch-voda s venkovní instalací

Nemrznoucí pomocný oběh (solanka) v podobě geotermálního kolektoru (obr. 4) nebo geotermální sondy (obr. 5) přenáší podle konkrétního případu použití tepelnou energii. Položení geotermálního kolektoru je bezproblémové u novostaveb, neboť zemní práce jsou zde vykonávány tak jako tak. Geotermální sonda (vyžaduje úřední povolení) je zase pro nenáročnost na prostor, jakož i na zemní práce a stavební opatření vhodná pro starou zástavbu nebo sanační oblasti.

Porovnání tepelných zdrojů

Při rozhodování o instalaci systému s tepelným čerpadlem je dobré vědět, které tepelné zdroje mají z hlediska provozní životnosti tepelného čerpadla největší energetický zisk a které jsou nejméně problémové.

Společnost Waterkotte Wärmepumpen GmbH, Herne, která má více než třicetileté zkušenosti s obnovitelnými zdroji energií, se touto otázkou podrobně zabývala. Výsledkem tohoto šetření je hodnocení (viz tab.) na základě sedmibodové stupnice, kde číslo 1 je nejlepší známka (velmi doporučitelné řešení) a číslo 7 nejhorší známka (řešení s mnoha omezeními).

Tabulka hodnocení běžných obnovitelných zdrojů energie

 

Geoter-mální sonda

Fluidní plochý kolektor

Tekoucí spodní voda (c = 1 m/den)

Stojatá spodní voda

Okolní vzduch

Povrchová nebo tekoucí voda

Přímo-odparný plošný kolektor

Stálost a životnost (roky)

neomezeno

10 až 15

5 až 10

10 až 15

5 až 10

10 až 15

Údržba (interval roky)

bez údržby

1

2

1

1

1

Nepředvídatelná rizika (rizika vedoucí k možnému k výpadku)

žádná

střední

vysoká

vysoká

vysoká

střední

Chlazení (možnost přirozeného chlazení)

ano podmíněně

ano

ano

ne

ano

ne

Termodynamická účinnost
(roční energetické číslo)
(celoročně konstantní energetické číslo)

4,5

4,5

5,5

5,5

2,5

4,5

ano

ano

ano

ano

ne

ne

ano

Celkové hodnocení dlouhodobými zkušenostmi

1

2

2 až 3

4

4

4

3

1 – doporučitelné, velmi dobré; 2 – doporučitelné, dobré; 3 – podmíněně doporučitelné, dobré; 4 – omezené, dostatečné

Zásadní podmínkou dobrého fungování vytápění tepelnými čerpadly je dostatečně velký zdroj tepla. Elegantním a přitom účinným řešením je např. geotermální sonda s vrtem o průměru asi 10 cm zapuštěná do hloubky 50 až 150 m s potrubní smyčkou z tlakuvzdorných trubek z lineárního polyetylenu se zásypem a stabilizací betonitem.

Vertikální zemní energetická sonda

Výhody:

  • žádné nároky na místo,
  • neomezeně stálá,
  • bezúdržbová,
  • konstantní vysoká účinnost a výkon,
  • možnost přirozeného chlazení.

    Nevýhoda:

  • většinou vyšší cena oproti plošným kolektorům. Obr. 3.

    Obr. 3. Tepelné čerpadlo voda-voda

    Fluidní plošný kolektor

    Tyto kolektory jsou plněny vodou a nemrznoucí směsí a kladou se do hloubky asi 1,0 až 1,8 m.

    Výhody:

  • bezúdržbovost,
  • konstantní vysoká účinnost a výkon,
  • příznivější výrobní náklady oproti vertikálním sondám.

    Nevýhody:

  • nemožnost plochu pozemku s plošným kolektorem zastavět,
  • problémy s vykopanou zeminou,
  • nemožnost trvalého přirozeného chlazení.

    Stojatá spodní voda

    Rychlost proudění spodní vody je <1 m/den.

    Výhody:

  • vhodné pro přirozené chlazení,
  • žádné ztráty účinnosti.

    Nevýhoda:

  • riziko poškození konstrukčních částí systému tepelného čerpadla případnými obsaženými škodlivými látkami (např. oxidy železa, chloridy, manganem, solí a kyselinami) – před realizací nutný důkladný rozbor vody. Obr. 4.

    Obr. 4. Tepelné čerpadlo solanka-voda s geotermálním kolektorem

    Tekoucí spodní voda

    Rychlost proudění spodní vody je >1 m/den.

    Výhody:

  • velká účinnost,
  • nákladová výhodnost při instalaci.

    Nevýhoda:

  • stejné riziko jako u stojaté spodní vody – před realizací nutný důkladný rozbor vody.

    Okolní vzduch

    Výhoda:

  • o velmi snadná dostupnost.

    Nevýhody:

  • velké snížení topného výkonu a účinnosti nízkými teplotami vzduchu (mráz),
  • obsah nečistot (prach, pyl atd.),
  • tvoření biofilmu na povrchu chladiče nečistotami – příčina rychlého stárnutí zařízení a zkracování intervalů údržby,
  • nebezpečí námrazy,
  • nemožnost přirozeného chlazení. Obr. 5.

    Obr. 5. Tepelné čerpadlo solanka-voda s geotermální sondou

    Povrchová nebo tekoucí voda

    Tato voda pochází z vodních kanálů, sladkovodních jezer apod.

    Výhoda:

  • cenově výhodné vytápění venkovního bazénu.

    Nevýhody:

  • nejnižší teplota vody v zimě v topném období,
  • problémy se znečišťováním,
  • nemožnost nepřerušitelného topného provozu. Přímoodparný zemní plošný kolektor

    Jako plošné kolektory a výparník chladiva jsou pro provoz používány měděné trubky opláštěné plastem a uložené v půdě.

    Výhoda:

  • nákladově výhodné zařízení s vysokou účinností při správně řešené instalaci.

    Nevýhody:

  • velmi citlivý systém,
  • možnost instalovat systém jen odborníky na chladicí techniku,
  • nevhodné pro přirozené chlazení.