Voda, zem, vzduch – tri živly pre tepelné čerpadlo

81098

Tepelné čerpadlo celoročne

Celoročnú potrebnú tepelnú pohodu a dostatok teplej vody môže zabezpečiť práve tepelné čerpadlo. Príliš nízka teplota, ktorá by sa inak nedala využiť, sa vďaka tepelnému čerpadlu dá odoberať zo zeme, vzduchu a vody. Čerpadlo s mimoriadne nízkym elektrickým príkonom podľa nastavených požiadaviek vykuruje celý objekt, pripravuje teplú vodu, ohrieva vodu v bazéne a v letnom období môže chladiť. Tepelné čerpadlá pracujú na princípe termodynamického chladiaceho obehu. Tepelná energia je transformovaná z okolitého prostredia (vzduch, voda, pôda) do výmenníka tepla (výparníka zariadenia) a odovzdávaná je z vysokotlakovej časti (kondenzátora zariadenia) do vykurovacieho procesu a na iné ohrievacie tepelné procesy. Aby ste transformáciu tepelnej energie z nižšej na vyššiu teplotu mohli uskutočniť, musíte, samozrejme, do systému dodať pohonnú elektrickú energiu. Efektívnosť tejto transformácie sa meria pomerom množstva získanej nízkoteplotnej energie k množstvu pohonnej energie zariadenia.

Výber zdroja nízkopotenciálneho tepla

Pre vhodný zdroj tepla sa musíte rozhodnúť vy sami. Treba dbať najmä na miestne podmienky, v ktorých sa bude čerpadlo využívať, ale aj na predpokladaný spôsob použitia. Na výber máte tri základné zložky – zem, vzduch, vodu.

Geotermálne teplo, ktoré je obsiahnuté v pôde sa využíva nepriamo, prostredníctvom nemrznúcej a ekologicky nezávadnej teplonosnej kvapaliny. Teplo sa dá získať dvoma spôsobmi – v plošnom zemnom výmenníku a uložením výmenníka do zemného vrtu. Plošný zemný výmenník je vlastne potrubie uložené vo výkope do takej hĺbky, ktorá nezamŕza, čiže 1,5 až 2 m v pôde. Naopak výmenník uložený do zemného vrtu musí byť hlboký 80 až 150 m. Ak si zvolíte pôdu, výhodou sa pre vás stane spoľahlivý zdroj tepla. Na druhej strane vybudovanie plošného zemného výmenníka tepla vám zaberie veľkú časť pozemku a zvýšia sa aj obstarávacie náklady pri vybudovaní zemných vrtov.

Pri tepelnom čerpadle možno využiť aj podzemnú a povrchovú vodu. Keďže podzemná voda má pomerne vysokú a stabilnú teplotu počas celého roka, stáva sa veľmi vhodným zdrojom tepla. Podzemnú vodu odoberáme zo studne s teplotou 8 až 12 ºC a výdatnosťou asi 0,4 až 0,8 l/ na 10 kW tepelného výkonu. V tepelnom čerpadle sa voda ochladí a vracia sa späť do podložia tzv. vsakovacou studňou. Získaná energia sa v čerpadle pomocou výmenníka tepla odovzdáva vykurovaciemu médiu. Tepelné čerpadlá, ktoré ako zdroj tepla spracúvajú vodu, dosahujú vysoké výkonové hodnoty. Pri masovom využívaní by sa však narušila ochrana životného prostredia v oblasti hospodárenia s vodnými tokmi.

Najľahšie dostupným zdrojom je vzduch. Tepelné čerpadlá s týmto zdrojom môžu byť zhotovené ako vonkajšie alebo ako vnútorné zariadenia. Nevýhodou tohto spôsobu je, že práve vo vykurovacej sezóne dosahujú teploty vonkajšieho vzduchu veľmi nízke hodnoty, čím sa efektívnosť prevádzky tepelného čerpadla výrazne znižuje. Výhodou je ale dostupnosť zdroja a nízke náklady na jeho vybudovanie.

81094

Spôsoby vykurovania

Použitím tepelného čerpadla pri vykurovaní sa dá jeho činnosť využiť viacerými spôsobmi. Ak sa tepelné čerpadlo stane jediným zdrojom tepla, ide o monovalentný spôsob vykurovania. O monoenergetickom procese hovoríme, ak tepelné čerpadlo pracuje do určitej vonkajšej teploty, potom sa už zapína aj prídavný elektrický ohrev. Alternatívne bivalentný spôsob vykurovania je vhodný v prípade, ak určitá, vopred stanovená vonkajšia teplota poklesne, tepelné čerpadlo sa vypne, a následne sa zapína druhý zdroj tepla. Keď si za nízkopotenciálny zdroj tepla vyberiete vzduch, môžete ho využiť všetkými troma spomínanými spôsobmi vykurovania. Monovalentný pracovný proces, kedy je tepelné čerpadlo jediným dodávateľom tepla, sa uplatní najmä pri využívaní vodného tepelného zdroja. Pri geotermálnom zdroji tepla z pôdy je využiteľný monovalentný, ako aj bivalentný spôsob prevádzky vykurovania.

Účinnosť tepelného čerpadla, environmentálna kvalita elektrickej energie, ako aj typ chladiva vplývajú na pozitívny environmentálny efekt tepelného čerpadla. Kvalita elektrickej energie závisí od typu palív používaných pre výrobu elektrickej energie a na samotnej účinnosti výrobných zariadení. Pomer vyrobenej tepelnej energie a dodanej pohonnej energie do systému vyjadruje energetickú efektívnosť výroby tepelnej energie tepelným čerpadlom. Tento pomer nazývame výkonové číslo, ktoré čím väčšiu hodnotu dosahuje, tým viac tepelnej energie vyrobí.

81096

Systém prevádzky

Prevádzka tepelného čerpadla má v porovnaní s iným typom vykurovacieho systému úplne odlišné požiadavky. Bežné regulačné ventily kúrenia, zmiešavacie ventily a bojlery sú spravidla pre optimálnu prevádzku s tepelným čerpadlom nevhodné. Kým pri bežných vykurovacích zariadeniach sú náklady na energiu takmer nezávislé od pracovnej teploty, pri tepelnom čerpadle je to práve naopak. Jedným z najdôležitejších kritérií pre jeho optimálne dimenzovaný vykurovací okruh je dodržiavanie čo najnižšej pracovnej teploty. Obzvlášť dôležitá je preto voľba vhodného nízkoteplotného vykurovacieho systému, napríklad podlahového či stenového vykurovania. Pritom platí, že o koľko je nižšia pracovná teplota vykurovacieho média, o toľko sú nižšie prevádzkové náklady. Keďže treba dodržiavať minimálne obehové množstvo tepelnej energie, ďalšou zásadou je, aby sa pri zapnutom tepelnom čerpadle vznikajúca tepelná energia čo najrýchlejšie odoberala. Podlahové kúrenie, radiátory alebo bojler teda musia mať dostatočnú kapacitu, a zároveň musia byť nastavené tak, aby mohli z tepelného čerpadla prevziať vznikajúce množstvo tepla.

Úspora verzus investície

Prevádzkové náklady tepelných čerpadiel na vykurovanie a prípravu teplej vody sú v porovnaní s inými vykurovacími telesami najnižšie. Často sa však diskutuje o vysokých investičných nákladoch. Ak zoberieme do úvahy stále sa zvyšujúce ceny plynu, investičné náklady pri tepelnom čerpadle sa zrazu nejavia ako prehnane drahá záležitosť. Najmä ak si uvedomíme, že pri plynovom vykurovaní tvorí celkovú investíciu nielen plynový kotol, ale aj nevyhnutné náklady na riešenie odťahu spalín, a tiež náklady na zriadenie plynovej prípojky.

Hoci na Slovensku sú tepelné čerpadlá ešte považované za čosi nové a neoverené, v okolitých štátoch je táto technológia už bežne používaná. Najviac sa zatiaľ využívajú v Japonsku, kde podiel tepelných čerpadiel na vykurovaní dosahuje až 20 percent, vo Švédsku je to 9,4 percent, v USA 6,9 percent a v Španielsku 5 percent. Vo Švajčiarsku je tepelnými čerpadlami vykurovaná viac ako jedna tretina nových domácností. Tento podiel neustále narastá, pretože pri nových budovách je ich podiel ešte väčší.

Jedným z najvýznamnejších sektorov spotreby energie na Slovensku sú domácnosti, kde sa na spotrebe primárnych zdrojov energií podieľa hlavne vykurovanie a ohrev teplej vody. Momentálne je situácia na Slovensku taká, že 73 500 domácností využíva na vykurovanie a ohrev teplej úžitkovej vody elektrickú energiu, 565 000 domácností využíva plynné palivo a 222 000 vykuruje pevným palivom. Tepelné čerpadlá predstavujú veľký potenciál pre využitie systémov pracujúcich na báze obnoviteľných zdrojov energie. Vedú nielen k znižovaniu spotreby primárnych energetických zdrojov, ale aj k zlepšovaniu kvality životného prostredia.