Tepelné čerpadlo voda-voda: konstrukce, principy fungování, pravidla pro ohřev voda-voda

Typy kolektorů podzemní vody

Kolektor pro zemní tepelné čerpadlo může být dvojího typu (obr. 2):

• Vertikální;
• Horizontální.

Obr. 2 Typy kolektorů tepelného čerpadla země-voda: vertikální a horizontální.

Vertikální kolektor je dlouhá trubka spuštěná do vrtu o délce 40 až 150 m. Tento typ výměníku tepla je vhodnější než horizontální kolektory, protože v této hloubce je teplota vyšší. Pokud je vrt velmi hluboký, je výměník tepla vybaven ochrannou plášťovou trubkou, a pokud je hloubka relativně malá, není to nutné. Významnou nevýhodou tohoto způsobu umístění kolektoru jsou však vysoké náklady na takový vrt.

Odborníci samozřejmě doporučují vrtat studnu hlouběji. Pokud to však technologie nebo půda neumožňují, je možné udělat několik studní. Například je možné provést jeden vrt o hloubce 80 m nebo 4 vrty o hloubce 20 m. Hlavně se ujistěte, že celková částka je dostatečná pro vytápění domu. Půda může být kamenitá a obtížně zpracovatelná, v níž lze vyvrtat díru hlubokou maximálně 15 až 20 metrů.

Horizontální kolektor (obrázek 3) - tento typ kolektoru pro čerpání podzemní vody vypadá jako trubka, která je položena vodorovně v určité hloubce pod vrstvou půdy. Tento sběrač se snadno instaluje.

Obr. 3 Vnější obrys čerpadla podzemní vody

Plocha, na kterou se instaluje kolektor zemního tepelného čerpadla, je poměrně velká na rozdíl od vertikální verze, která vyžaduje malý kousek země. Horizontální výměník tepla obvykle zabírá 25 až 50 m2, případně více, v závislosti na vytápěné ploše. Negativním faktorem této varianty je, že plochu s tímto sběračem lze využít pouze jako travnatou plochu.

V závislosti na různých okolnostech může být výměník tepla položen klikatě, ve smyčkách, hadech atd.

Je velmi důležité, jaká je tepelná vodivost půdy, v níž je výměník tepla instalován. To závisí na kvalitě půdy, např. pokud je půda vlhká, je tepelná vodivost větší, a pokud je půda písčitá, je tepelná vodivost malá.

Pokud je ve výměníku tepla mnoho smyček, musí být součástí oběhové čerpadlo.

Nosiče energie pro nebo proti?

To však není vše. Růst cen energetických nosičů a vysoké náklady na dodávky vedou k prudkému nárůstu nákladů na teplo a elektřinu. A to nutí spotřebitele hledat nové způsoby, jak ušetřit. Ze školních učebnic si pamatujeme, že teplo přechází z ohřátých těles na chladnější, ale ne naopak. Naše staleté zkušenosti opačný postup nepamatují a věda to dokazuje. Důmyslné moderní technické postupy však umožňují přenášet teplo opačným směrem - z méně zahřátého tělesa na těleso nejteplejší.

Obvody přenosu tepla v tepelném čerpadle

Například na fungování chladničky nás nic nepřekvapuje. Teplo z mrazničky, která má po většinu času zápornou teplotu, se uvolňuje do okolí. Pokud se toto teplo použije pro vytápění budov a nahradí chladicí komoru osvědčeným, trvale fungujícím přírodním zdrojem tepla, bude se jednat o tzv. tepelné čerpadlo.

Jednoduché tepelné čerpadlo (vzduch-vzduch), které může vytápět obytné prostory, je známá klimatizace s funkcí vytápění. Lze ji úspěšně použít i proto, že v dnešní době existují kondicionéry, které mohou pracovat při značně minusových teplotách až do 15 stupňů a níže. Pokud však chceme dosáhnout nejvyšší účinnosti a komfortu při vytápění celého domu tímto úsporným způsobem (a tepelné čerpadlo je třikrát i vícekrát úspornější než konvenční topidla), je třeba použít pokročilejší systémy.

Na okraj, mnoho lidí se ptá - jak to, že přece existuje zákon zachování energie. Proč je poměr výroby tepla a spotřeby elektřiny tak neúměrný? Celé tajemství spočívá v tom, že tepelné čerpadlo spotřebovává elektrickou energii pouze na elektromagnetické vinutí kompresoru (který se samozřejmě zahřívá, ale teplo nejde na vytápění) a tepelná energie se vyrábí, "nasává", z vnějšího prostředí, díky speciálním procesům tepelného čerpadla (samotné slovo čerpadlo to naznačuje). Abyste tomu porozuměli, musíte znát víc než jen školní kurz fyziky. Zkusme si však níže projít základní informace.

Dobrý příjem

Největším problémem při instalaci tepelného čerpadla s otevřeným okruhem je vypouštění vody shora do vrtu. To není správný způsob. Trubka by měla vést prakticky až na dno studny a stoupat od něj o 0,5-1 metr. Vše by mělo bublat na dně. Pokud je voda vypouštěna shora, může se studna rychle zanášet a přestat přijímat vodu. Dojde k přetečení. Pokud se tak stane, když je venku pořádné mínus, máte jistotu, že bude kluziště. Pokud se tedy v blízkosti nachází řeka nebo nějaký vodní útvar, dešťová kanalizace nebo odvodňovací příkop, je lepší propojit jímací studnu s nimi přepadovým potrubím pro případ přeplnění. Pokud v okolí nic není, budete muset vyvrtat ne jeden, ale dva nebo více vrtů na příjem. Na otázku, jak dlouho bude přijímací studna fungovat, neexistuje odpověď. Může vydržet mnoho let, nebo se může ucpat po jedné topné sezóně. Největší nevýhodou otevřeného systému je proto nepředvídatelnost.

Je tu ještě jeden důležitý bod. Sací studna musí být umístěna za debetní studnou, nejméně 6 metrů od ní. To je další nejasnost. Jak zjistit, kterým směrem teče podzemní řeka. Odpověď na tuto otázku poskytne pouze experiment. Pokud po spuštění tepelného čerpadla voda v debetním vrtu neklesne, je to v pořádku, hádáte správně. Pokud začne teplota klesat, je třeba vyměnit vrty a přemístit ponorné čerpadlo. Potrubí pro vypouštění a vyprazdňování je lepší dělat z trubek HDPE, protože jde o levnější materiál. Spolehlivost a trvanlivost těchto trubek je také dostatečná.

Ideální je, když jsou vrty umístěny napříč proudem podzemní vody. Pak stačí ve studni udělat rozdělenou trubkovou přípojku, vést napájení do obou studní pomocí rozdělené vodotěsné zátky a jednou ročně je možné studny obrátit a vyměnit místo debetní a přijímací studny.

Princip činnosti

Pro ty, kteří se v této problematice neorientují, je vhodné vysvětlit, co je to tepelné čerpadlo vzduch-voda. Jedná se v podstatě o "ledničku v opačném směru" - zařízení, které ochlazuje vzduch mimo sebe a ohřívá vodu v nádrži. Tuto vodu pak lze použít pro ohřev teplé vody nebo vytápění domácnosti.

Tepelné čerpadlo využívá uzavřený cyklus a spotřebovává pouze elektřinu. Jeho účinnost se měří jako poměr spotřebované elektrické energie k získané tepelné energii. Účinnost tepelných čerpadel se měří také pomocí koeficientu COP (Coefficient of Performance). COP 2 odpovídá účinnosti 200 % a znamená, že na 1 kW elektřiny se vyrobí 2 kW tepla.

Princip fungování

Tepelné čerpadlo pracuje tak, že odebírá teplo z vody. Zdrojem vody jsou jezera, rybníky, řeky, studny, vrty. Hloubka vodní nádrže by měla být uprostřed Ruska alespoň 2 metry, aby spodní vrstvy nezamrzly. Podle způsobu umístění výměníku tepla se tepelné zátěže dělí na:

• horizontální (trubky jsou položeny v kruzích na dně);
• Vertikální (výměník tepla je ve vrtu umístěn vertikálně).

Protože se nezamrzající nádrže nenacházejí v blízkosti každého domu, potrubí se nejčastěji pokládá do vrtů. Standardní tepelné čerpadlo voda-voda má několik základních částí:

• topné trubky;
• přívodní a vypouštěcí potrubí;
• výparník (spirála, ve které se odpařuje freon);
• kompresor;
• kondenzátor (cívka, ve které se zkapalňuje freon).

Teplota podzemní vody se v závislosti na ročním období pohybuje v rozmezí 4 až 10 °C a kolísá v malých intervalech. Tepelné čerpadlo tak může pracovat trvale a produktivně. Dva vrty jsou od sebe vzdáleny 8-10 m. Podzemní voda proudí do potrubí z prvního vrtu a stoupá k výparníku, kde se ohřívá. Současně se do výparníku přivádí zkapalněný freon. V důsledku sníženého tlaku ve výparníku dochází k přenosu tepla ze stěn do chladiva. Chladivo (freon) se stává plynným.

Freon pak vstupuje do kompresoru a je stlačován. Poté vstoupí do kondenzátoru, změní se na kapalinu a vzniklé teplo se předá teplonosné látce (obvykle vodě). Teplonosné médium následně ohřívá trubky chladiče. Tímto způsobem se dům vytápí. Podzemní voda je odváděna do druhé studny. Úplné pochopení principů fungování naleznete ve schématu tepelného čerpadla. Podzemní voda má stabilnější teplotu než voda pod povrchem, proto je mnohem efektivnější používat studny. Je však třeba vzít v úvahu i náklady na vrtání. Tepelné čerpadlo je instalováno s bojlerem na ohřev vody, který vytápí prostory a ohřívá vodu pro domácnost. Elektrická energie potřebná k provozu čerpadla je 4-5krát nižší než energie, kterou čerpadlo vyrobí.

Schéma vytápění domu pomocí tepelného čerpadla voda-voda

To je zajímavé: Solární kolektor pro vytápění vašeho domova - vlastnoručně vyrobený radiátor

Užitečné rady

Ve všech fázích výstavby domu, počínaje fází návrhu, je třeba mít na paměti, že TH je setrvačný systém. Lze ji přirovnat k mohutnému ruskému vařiči, který se při vaření obvykle zahříval jednou denně. Akumulované teplo pak vytápělo obydlí až do příštího rána.

Stěny z těžkých kulatin mají poměrně vysokou tepelnou setrvačnost. Jednoduše řečeno, když se v noci ochladí, pomalu se ochlazují. Silné kamenné zdi a těžký beton nebo cihly mají dobrou tepelnou setrvačnost.

Pěnový polystyren a pěnobeton mají dobré tepelně izolační vlastnosti. Díky své nízké specifické hmotnosti však mají nízkou tepelnou setrvačnost. V budově se stěnami z těchto materiálů se při náhlém poklesu venkovní teploty ne vždy podaří "přečerpat" dostatek tepla zvenčí do systému podlahového vytápění.

V úvahu je třeba vzít i další faktory:

1. Aby se snížily tepelné ztráty nebo aby nezamrzly trubky v hlavním potrubí mezi domem a studnou nebo kolektorem, je nutné je položit v hloubce pod úrovní zamrznutí. Na Krymu stačí 0,75 metru a v moskevské zeměpisné šířce alespoň 1,5 metru.
2. Největší tepelné ztráty obvykle vznikají okny. Trojité zasklení tedy není luxusem, ale ekonomicky odůvodněným stavebním řešením. Ideální je použít sklo, které je schopné odrážet infračervené paprsky.
3. V případě verze se dvěma jímkami pro odběr a vypouštění vody by vzdálenost mezi nimi měla být nejméně 20 metrů.
4. Domácí TH je lepší nejprve vyzkoušet v technické místnosti nebo v garáži. Instalace podlahového vytápění v obytném prostoru si vyžádá další náklady.

Podomácku vyrobený spotřebič ze staré lednice

Sestavit tepelné čerpadlo vzduch-vzduch z jednotlivých kompresorů a kondenzátorů vlastníma rukama je bez odborných technických znalostí obtížné. Pro malou místnost nebo skleník však můžete použít starou lednici.

Nejjednodušší tepelné čerpadlo vzduch-vzduch lze vyrobit z lednice tak, že do ní z ulice natáhnete vzduchové potrubí a na zadní mřížku výměníku tepla zavěsíte ventilátor.

Za tímto účelem je třeba udělat dva otvory v předních dveřích chladničky. První z nich nasává venkovní vzduch do mrazničky a druhý jej odvádí zpět ven.

Při průchodu vnitřní komorou odevzdá část tepla, které obsahuje, freonu.

Alternativně lze chladicí jednotku jednoduše zabudovat do stěny s dveřmi otevřenými ven a s výměníkem tepla v zadní části místnosti. Měli byste však mít na paměti, že tento ohřívač nebude příliš výkonný a spotřebuje hodně elektřiny.

Vzduch v místnosti se ohřívá pomocí výměníku tepla v zadní části chladničky. Takové tepelné čerpadlo však může pracovat pouze při venkovní teplotě nejméně pět stupňů Celsia.

Tento domácí spotřebič je určen výhradně pro vnitřní použití.

Ve velkém rodinném domě musí být systém vzduchového vytápění doplněn rozvody, které rovnoměrně rozvádějí teplý vzduch po místnostech.

Instalace tepelného čerpadla vzduch-vzduch je velmi jednoduchá. Venkovní jednotka a vnitřní jednotka musí být nainstalovány a poté vzájemně propojeny okruhem topného média.

První část systému je umístěna venku: přímo na fasádě, na střeše nebo vedle budovy. Druhou část lze umístit na strop nebo na stěnu v domě.

Venkovní jednotku je vhodné instalovat několik metrů od vchodu do chaty a dále od oken, s ohledem na hluk, který ventilátor vydává.

Vnitřní jednotka by měla být instalována tak, aby byl teplý vzduch z jednotky rovnoměrně rozváděn po celé místnosti.

Pokud se plánuje vytápění domu s několika místnostmi v různých podlažích pomocí tepelného čerpadla vzduch-vzduch, je nutné vybavit systém větracích kanálů nuceným vyfukováním.

V tomto případě je nejlepší nechat si systém navrhnout kompetentním inženýrem, jinak by výkon tepelného čerpadla nemusel být pro všechny místnosti dostatečný.

Elektroměr a ochranné zařízení musí být schopny odolat špičkovému zatížení způsobenému tepelným čerpadlem. Při náhlém poklesu teploty za oknem spotřebuje kompresor několikanásobně více elektřiny než obvykle.

Pro ohřívač vzduchu, jako je tento, je nejlepší vést samostatné přívodní vedení z rozvodné desky.

Zvláštní pozornost je třeba věnovat instalaci freonových trubek. I sebemenší tříska uvnitř může poškodit zařízení kompresoru.

Znalost pájení mědi je zde nutností. Naplnění chladivem by mělo být svěřeno odborníkovi, aby se předešlo problémům s únikem chladiva.

Účinnost a princip činnosti tepelného čerpadla

Účinnost tepelného čerpadla pro vytápění bude vždy vyšší než 1. U geotermálních systémů je správnější použít faktor převodu tepla. Pokud je 4, znamená to, že při výkonu 1 kW tepelné čerpadlo dodává 4 kW, z nichž 3 kW pocházejí ze země.

Princip fungování tepelného čerpadla pro vytápění domácností vyvinul na počátku 19. století inženýr Sadi Carnot a nazval jej Carnotův cyklus. Je základem provoz běžné domácí chladničkyve kterém se potraviny chladí odváděním tepla prostřednictvím chladiče ven. Teprve v poslední době se však tepelné čerpadlo používá pro vytápění rodinných domů, kde je tomu naopak, tj. tepelné čerpadlo je založeno na obráceném Carnotově cyklu.

Tepelné čerpadlo pro vytápění domů je zařízení, ve kterém se nízkoteplotní teplo mění na vysokoteplotní teplo, které se používá k vytápění. Zdroji tepla jsou země, voda a vzduch (první z nich je nejčastější, protože je účinný (i když záleží na úrovni tepelné izolace domu, způsobu vytápění domu atd.) a má optimální poměr ceny a výkonu).

Tepelné čerpadlo určené k vytápění domu potřebuje ke svému provozu elektrickou energii, ale při nákladech na 1 kW elektrické energie je jeho výkon 4-6 kW tepelné energie.

Kromě vytápění domu v létě může tepelné čerpadlo fungovat i jako klimatizace, k čemuž stačí, aby byl systém schopen reverzibilního provozu. Tepelná čerpadla se dělí na několik typů:

• "od země k vodě";
• "Ground to Air;
• "ze země do vody, ze země do vzduchu, z vody do vody.
• "voda na vzduch; - voda na vzduch; - voda na vzduch.
• "vzduch-voda;
• "vzduch-vzduch.

Následuje podrobný popis fungování různých typů tepelných čerpadel pro vytápění domácností.

Instalační technologie

Montáž tohoto typu zařízení probíhá v několika fázích:

• je vypracován projekt;
• jsou sestaveny sběrné komunikace;
• do systému je instalováno tepelné čerpadlo
• zařízení je instalováno uvnitř domu;
• se nalije teplonosná kapalina.

V následujícím textu se podíváme na to, jak nainstalovat tepelné čerpadlo vlastníma rukama, krok za krokem.

Jak vytvořit projekt

Před zahájením montáže komunikací tohoto typu je samozřejmě třeba provést všechny potřebné výpočty. Činnost vnější části systému musí být plně koordinována s činností vnitřní části. Výpočty se provádějí v závislosti na typu zvoleného zařízení. Pro vodorovné kolektory je výpočet následující:

• Stanoví se potřebné množství nemrznoucí směsi. Používá se vzorec Vs = Qo-3600 / (1,05-3,7-t), kde Qo je tepelný výkon zdroje tepla, t je rozdíl teplot mezi přívodem a zpátečkou. Qo se vypočítá jako rozdíl mezi výkonem čerpadla a elektrickým výkonem použitým k ohřevu chladiva.
• Určí se potřebná délka kolektoru. Vzorec je: L = Qo/q, kde q je měrný tepelný příkon. Její hodnota závisí na typu půdy v dané oblasti. Například pro hlínu je to 20 W na metr čtvereční, pro písek 10 W atd.
• Určete plochu potřebnou pro položení kolektoru. V tomto případě se výpočet provádí podle vzorce A = L-da, kde da je rozteč trubek.

Výkon tepelného čerpadla je stanoven na základě cca 70 W tepla na m2 při výšce stropu 2,7 m. Sběrné trubky se obvykle pokládají ve vzdálenosti 0,8 m nebo o něco větší.

Jak sestavit tepelné čerpadlo

Zařízení tohoto typu je poměrně drahé. Konstrukce tepelného čerpadla je poměrně jednoduchá. Proto je možné ji vyrobit i samostatně. Tento postup se provádí přibližně takto:

• Zakoupí se kompresor (stačí vybavení z klimatizace).
• Kryt kondenzátoru je vyroben. Za tímto účelem je nádrž z nerezové oceli o objemu 100 l rozříznuta na polovinu.
• Můžete si také vyrobit cívku. Plynovou nebo kyslíkovou láhev omotáte kolem měděné trubky z chladničky. To lze upevnit pomocí hliníkových perforovaných rohů.
• Cívka se vloží do pouzdra a to se připájí.
• Výparník je vyroben z 80litrové plastové nádrže. Je v něm nainstalována cívka z ¾" trubky.
• K výparníku jsou připojeny vodovodní trubky pro přívod a odvod vody.
• Systém je naplněn chladivem. Tato operace by měla být svěřena odborníkovi. Pokud to neuděláte správně, může dojít nejen k poškození smontovaného zařízení, ale také ke zranění.

Instalace přípojek rozdělovače

Postup instalace vnějšího topného okruhu závisí také na typu rozdělovače. U vertikálního kolektoru se vrty provádějí do hloubky 20-100 metrů. Pro horizontální kolektor se vykopává 1,5 m hluboký výkop. V dalším kroku se položí potrubí. Vedle vodorovného kolektoru by neměly růst žádné stromy, protože jejich kořeny by mohly poškodit potrubí. K jejich montáži lze použít nízkotlaké polyethylenové trubky.

Instalace zařízení

Tato operace se provádí obvyklým způsobem. To znamená, že v místnostech jsou instalovány radiátory, které jsou napojeny na kotel. Na zpětném potrubí je instalována expanzní nádoba, filtr a oběhové čerpadlo na obtoku. K tepelnému čerpadlu je také možné sestavit a připojit systém podlahového vytápění. V závěrečné fázi se vybraný typ teplonosného média nalije do vnějšího a vnitřního okruhu.

Jak vidíte, instalaci tepelného čerpadla a kolektoru je možné provést svépomocí. Z technologického hlediska není tento postup nijak zvlášť složitý. Na rozdíl od jiných typů podobných zařízení je však montáž takového systému, a to i horizontálního typu, fyzicky poměrně časově náročná. No stejně tak pro vertikální vrtat na vlastní pěst bez speciálního vybavení a je prakticky nereálné. Proto se může vyplatit najmout si odborníky, kteří provedou výpočty a budou pracovat na montáži systému. Na trhu dnes existují společnosti, které instalují zařízení, jako je tepelné čerpadlo, na klíč.

Co je to tepelné čerpadlo pro vytápění rodinného domu? Jak to funguje?

Speciální zařízení, které dokáže odebírat teplo z okolního prostředí, se nazývá tepelné čerpadlo.

Tato zařízení se používají jako primární nebo doplňkový způsob vytápění místností. Některá zařízení fungují také pro pasivní chlazení budovy - v tomto případě se čerpadlo používá jak pro letní chlazení, tak pro zimní vytápění.

Jako palivo se používá okolní energie. Tento ohřívač získává teplo ze vzduchu, vody, podzemní vody atd., a proto je klasifikován jako obnovitelný zdroj energie.

Důležité: Tato tepelná čerpadla vyžadují připojení k elektrické síti. Všechny ohřívače obsahují výparník, kompresor, kondenzátor a expanzní ventil. V závislosti na zdroji tepla se rozlišují zařízení na bázi vody, vzduchu a další.

Princip fungování je velmi podobný jako u chladničky (pouze chladnička vyfukuje horký vzduch a čerpadlo odebírá teplo).

V závislosti na zdroji tepla se rozlišují ohřívače vody, ohřívače vzduchu a další zařízení. Princip fungování je velmi podobný jako u chladničky (pouze chladnička vypouští horký vzduch a čerpadlo absorbuje teplo).

Všechna tepelná čerpadla se skládají z výparníku, kompresoru, kondenzátoru a expanzního ventilu. V závislosti na zdroji tepla se rozlišují ohřívače vody, ohřívače vzduchu a další jednotky. Princip fungování je velmi podobný jako u chladničky (pouze chladnička vypouští horký vzduch a čerpadlo teplo pohlcuje).

Většina jednotek pracuje při kladných i záporných teplotách, ale účinnost jednotky je přímo závislá na vnějších podmínkách (tj. čím vyšší je okolní teplota, tím výkonnější je jednotka). Obecně jednotka funguje následujícím způsobem:

1. Tepelné čerpadlo přichází do styku s okolními podmínkami. Jednotka obvykle odebírá teplo ze země, vzduchu nebo vody (v závislosti na typu jednotky).
2. Uvnitř jednotky je instalován speciální výparník naplněný chladivem.
3. Při kontaktu s vnějším prostředím chladivo vře a odpařuje se.
4. Chladivo pak vstupuje do kompresoru ve formě páry.
5. Chladivo se zde stlačuje - teplota chladiva se výrazně zvyšuje.
6. Ohřátý plyn pak vstupuje do topného systému, který ohřívá primární chladivo, jež se používá k vytápění prostor.
7. Chladivo se postupně ochlazuje. Nakonec se změní zpět v kapalinu.
8. Poté kapalné chladivo vstupuje do speciálního ventilu, který výrazně snižuje jeho teplotu.
9. Na konci se chladivo opět dostane do výparníku a poté se cyklus ohřevu opakuje.

Obrázek 1. Princip činnosti tepelného čerpadla země-voda. Modrou barvou je znázorněno studené teplonosné médium, červenou barvou teplonosné médium.

Výhody:

• Šetrné k životnímu prostředí. Jedná se o obnovitelný zdroj energie, který svými emisemi neznečišťuje ovzduší (zatímco zemní plyn vypouští škodlivé skleníkové plyny a elektřina se často vyrábí spalováním uhlí, které rovněž znečišťuje ovzduší).
• Dobrá alternativa k plynu. Tepelné čerpadlo je ideální pro vytápění prostor v případech, kdy je použití plynu z nějakého důvodu obtížné (např. když je dům daleko od všech hlavních inženýrských sítí). Čerpadlo má oproti plynovému vytápění výhodu také v tom, že k instalaci takového zařízení není třeba povolení od státu (pokud však vrtáte hlubokou studnu, musíte si ho vyřídit).
• Levný doplňkový zdroj tepla. Čerpadlo je ideální jako levný pomocný zdroj tepla (optimální je použití plynu v zimě a čerpadla na jaře a na podzim).

Nevýhody:

1. Tepelná omezení v případě použití vodních čerpadel. Všechna tepelná čerpadla fungují dobře při kladných teplotách, zatímco při záporných teplotách mnohá čerpadla přestávají pracovat. Důvodem je především to, že voda zamrzá, takže ji nelze použít jako zdroj tepla.
2. Problémy mohou nastat u zařízení, která používají vodu jako zdroj tepla. Pokud se k vytápění používá voda, je třeba najít stabilní zdroj vody. Obvykle je k tomuto účelu nutné provést vrt, což může zvýšit náklady na instalaci zařízení.

Pozor! Tepelná čerpadla jsou obvykle 5 až 10krát dražší než plynové kotle, a proto se jejich použití v některých případech nemusí vyplatit (může trvat několik let, než se čerpadlo zaplatí).

Princip fungování tepelných čerpadel

Je třeba poznamenat, že téměř každé prostředí má tepelnou energii. Proč nevyužít možné teplo k vytápění domu? Pomůže vám s tím tepelné čerpadlo.

Princip činnosti tepelného čerpadla je následující: teplo se předává teplonosné látce ze zdroje energie s nízkým potenciálem. V praxi to funguje následovně.

Teplonosné médium proudí trubkami, které jsou uloženy například v zemi. Teplonosné médium pak vstupuje do výměníku tepla, kde se nashromážděná tepelná energie předává do druhého okruhu. Chladivo, které se nachází ve vnějším okruhu, se ohřívá a mění na plyn. Plynné chladivo pak přechází do kompresoru, kde se stlačuje. Tím se chladivo ještě více zahřeje. Horký plyn jde do kondenzátoru a tam se teplo předává topnému médiu, které již vytápí samotný dům.

Geotermální vytápění vašeho domu: princip fungování

Chladicí systémy jsou založeny na podobném principu. To znamená, že chladicí systémy lze použít i pro chlazení vzduchu v interiéru.

Typy tepelných čerpadel

Existuje několik typů tepelných čerpadel. Nejčastěji se však zařízení klasifikují podle povahy teplonosného média na vnějším obvodu.

Zařízení mohou čerpat energii z

• voda,
• na zemi,
• vzduch.

Vzniklou energii v domě lze využít k vytápění prostor a ohřevu vody. Proto existuje několik typů tepelných čerpadel.

Tepelná čerpadla: země-voda

Nejlepší alternativou alternativního vytápění je získávání tepelné energie ze země. Již v hloubce šesti metrů má půda stálou a neměnnou teplotu. Jako topné médium se v potrubí používá speciální kapalina. Vnější okruh systému je vyroben z plastových trubek. Trubky v zemi mohou být umístěny svisle nebo vodorovně. Pokud jsou trubky umístěny vodorovně, je třeba zajistit větší plochu. V případě vodorovného uložení potrubí není možné půdu využívat k zemědělským účelům. Vysazovat lze pouze trávníky nebo jednoleté rostliny.

Aby bylo možné položit potrubí svisle do země, je třeba provést několik vrtů až do hloubky 150 metrů. Jednalo by se o účinné geotermální čerpadlo, protože teplota ve velkých hloubkách u země je vysoká. K přenosu tepla se používají hloubkové sondy.

Typ čerpadla voda-voda

Teplo lze získat také z vody, která se nachází hluboko pod zemí. Lze použít rybníky, podzemní vodu nebo odpadní vodu.

Je třeba poznamenat, že mezi oběma systémy nejsou žádné zásadní rozdíly. Nejmenší náklady jsou nutné při vytvoření systému pro získávání tepla z vodní nádrže. Trubky jsou naplněny teplonosnou látkou a ponořeny do vody. Systém tepelného čerpadla země-voda vyžaduje složitější konstrukci.

Čerpadla vzduch-voda

Teplo je možné odebírat také ze vzduchu, ale v oblastech s velmi chladnými zimami není tento systém účinný. Instalace je však velmi jednoduchá. Stačí jen vybrat a nainstalovat správné zařízení.

Něco více o principu geotermálních čerpadel

Využívání tepelných čerpadel pro vytápění je velmi výhodné. U domů s podlahovou plochou větší než 400 m2 se náklady na systém rychle vrátí. Pokud však váš dům není příliš velký, můžete si topný systém vyrobit vlastníma rukama.

Nejprve si musíte koupit kompresor. Stačí zařízení vybavené běžnou klimatizací. Připevníte ji na stěnu. Kondenzátor si můžete vyrobit sami. Z měděných trubek je třeba vyrobit cívku. Je uložen v plastovém pouzdře. Výparník je rovněž namontován na stěně. Pájení, plnění freonem a podobné práce by měl provádět pouze odborník. Nesprávná manipulace nevede k dobrému výsledku. Nejen to, ale můžete se také zranit.

Před uvedením tepelného čerpadla do provozu je třeba zkontrolovat stav elektrického systému domu. Výkon měřiče musí být dimenzován na 40 A.

Domácí geotermální tepelné čerpadlo

Je třeba poznamenat, že tepelné čerpadlo vyrobené svépomocí nemusí vždy splnit očekávání. Důvodem je nedostatek správných tepelných výpočtů. Systém má nízkou kapacitu a náklady na údržbu se zvyšují.

Proto je důležité provádět všechny výpočty přesně.

Vlastnosti systému tepelného čerpadla vzduch-voda

Tepelné čerpadlo, kterým se zabývá tento článek, má na rozdíl od jiných modifikací podobného zařízení (zejména voda-voda a země-voda) řadu výhod

• šetří elektřinu;
• instalace nevyžaduje rozsáhlé pozemní práce, vrtání studní, získání zvláštních povolení;
• Pokud je systém připojen k solárním panelům, může být zcela autonomní.

Výhodou tepelného systému, který získává energii větru a převádí ji na vodu, je jeho stoprocentní šetrnost k životnímu prostředí.

Před návrhem čerpadla je důležité zjistit, kdy je systém nejúčinnější a kdy ne.

Systém tepelného čerpadla, který odebírá energii ze vzduchové hmoty, lze použít k ohřevu všech typů teplonosných médií používaných v CIS: vody, vzduchu, páry.

Specifika použití a provozu

Tepelné čerpadlo pracuje produktivně pouze v teplotním rozmezí -5 až +7 stupňů. Při teplotách vzduchu mezi +7 stupni bude systém produkovat více tepla, než je nutné, a při teplotách pod -5 stupňů nebude produkovat dostatek tepla pro vytápění. Je to proto, že koncentrovaný freon ve struktuře vře při -55 stupních.

Teoreticky může systém vyrábět teplo i při třicetistupňovém mrazu, ale k vytápění to stačit nebude, protože tepelný výkon přímo závisí na rozdílu bodu varu chladiva a teploty vzduchu.

Proto není tento systém vhodný pro obyvatele severních oblastí, kde se chladné počasí objevuje dříve, ale pro domy v jižních oblastech může účinně vydržet několik chladných měsíců.

Pokud je místnost vybavena standardními radiátory, bude tepelné čerpadlo méně účinné. Zařízení vzduch-voda nejlépe funguje s konvektory a jinými velkoplošnými radiátory, stejně jako s podlahovým vytápěním a vodními nástěnnými topnými systémy.

Samotná místnost musí být také dobře izolována zvenčí, a to zabudovanými vícekomorovými okny, která poskytují lepší izolaci než běžná dřevěná nebo plastová okna.

Tepelné čerpadlo nejlépe funguje s podlahovým vytápěním, které nevyžaduje teplotu topného média vyšší než 40-45 °C.

Tepelné čerpadlo vlastní výroby dokáže efektivně vytápět domy o rozloze až 100 m2 a má garantovaný výkon 5 kW. Je třeba si uvědomit, že freon nelze dostatečně dobře nalít do domácí konstrukce, takže je třeba počítat s bodem varu až -22 stupňů Celsia.

Domácí jednotka je ideální pro vytápění garáže, skleníku, hospodářských budov, malého soukromého bazénu atd. Systém se obvykle používá jako doplňkové vytápění.

V každém případě je pro topnou sezónu zapotřebí elektrický kotel nebo jiné konvenční zařízení. Doporučujeme vypnout tepelné čerpadlo během silných mrazů (-15-30 stupňů), aby nedocházelo k plýtvání energií, protože v tomto období je účinnost maximálně 10 %.

Tepelná čerpadla dodávají dostatek energie pro ohřev vody ve vnitřních soukromých bazénech (+)

Jak systém funguje

Pracovním médiem v konstrukci je vzduch. Kyslík se do výparníku dostává přes venkovní jednotku, kde interaguje s chladivem.

Freon se vlivem teploty stává plynným (protože vře při -55 stupních) a do kompresoru vstupuje pod tlakem v ohřáté formě. Zařízení stlačuje plyn, čímž zvyšuje jeho teplotu.

Horký freon vstupuje do okruhu zásobníku (kondenzátoru), kde odevzdává teplo vodě, které lze následně využít k vytápění a ohřevu TUV. V kondenzátoru je freon zbaven pouze části svého tepla a je stále v plynném stavu.

Při průchodu škrticí klapkou se chladivo rozprašuje, čímž klesá jeho teplota. Freon se stává kapalným a jako takový přechází do výparníku. Cyklus se opakuje.

Na obrázku je schematicky znázorněn princip základního tepelného čerpadla rozděleného kompresorem a expanderem na dva okruhy - vysokotlaký a nízkotlaký okruh.

Pokud si chcete tepelné čerpadlo postavit sami z vyřazených materiálů a starých spotřebičů, např. ze staré lednice, budou vám užitečné informace v našem doporučeném článku.

Závěr a užitečné video na toto téma

Video představuje princip fungování a funkce zařízení:

Z toho vyplývá, že tepelné čerpadlo voda-voda je považováno za efektivní zařízení šetrné k životnímu prostředí, které je určeno pro vytápění domů s plochou do 150 m2. Na uspořádání prostor většího areálu již může být potřeba poměrně složitý inženýrský průzkum.

Pokud máte při čtení těchto informací nějaké dotazy, zeptejte se v níže uvedeném poli. Těšíme se na vaše komentáře, dotazy k tématu, příběhy a fotografie týkající se výstavby malé vodní elektrárny. Zajímají nás vaše názory.