Tepelné čerpadlo udělej si sám: vlastnosti okruhu, účinnost a doba návratnosti

Tepelné čerpadlo (TČ) je inovativní, efektivní, ekologické a cenově dostupné řešení pro výrobu tepla pro potřeby zásobování teplou vodou (TUV) a vytápění. Princip jeho fungování je jednoduchý. Zařízení odebírá teplo z přírodního prostředí (vzduch, země, voda) a dodává je do topného systému (OS) a zásobování teplou vodou.

Vnitřní nosič tepla (amoniak nebo jiné chladivo) odebírá energii z okolí a dopravuje ji do výparníku. V něm chladivo se přemění z kapalného na plyn odpařováním. V další fázi se objem plynného nosiče tepla zmenšuje, a proto jeho teplota stoupá.

Horká chladicí kapalina cirkuluje v kondenzátoru, z něhož se uvolňuje teplo do topného systému domu. Expanzní ventil znovu ochladí chladivo a spustí nový tepelný cyklus, čímž vytvoří extrémně účinný topný systém.

Schémata zapojení a účinnost zdroje vytápění

Účinnost takového čerpadla se zjišťuje porovnáním množství energie vyrobené zařízením a množství elektřiny spotřebované pro jeho vlastní potřebu. V první řadě záleží na venkovní teplotě. V režimu topení výkon systému klesákdyž venkovní teplota klesne. V chladném klimatu při nejnižších možných teplotách takový systém vyžaduje dodatečné záložní vytápění, když sama o sobě nemůže poskytnout dostatek tepla k udržení hygienické teploty vzduchu uvnitř pokoj.

Pro topné systémy existují různé zdroje tepla:

• Vzduch;
• Půda;
• Podzemní voda.

Jednoduché výpočty ukazují, že pokud může pracovat vysoce účinný kotel na zemní plyn s účinnost 93 %, TS "vzduch-vzduch" - o 180% a TS "země-voda" mohou dosáhnout účinnosti až 400%.

Tepelná čerpadla voda-voda

Čerpadla voda-voda přeměňují energii získanou z přírodních zdrojů vody pro vlastní topný okruh. Hydrotermální systémy využívají podzemní vodu pro potřeby:

• vytápění budovy;
• chlazení budovy;
• Dodávka teplé užitkové vody;
• ohřev vody pro bazény.

Čerpadla získávají tepelnou energii z podzemní vody pomocí vrtů, drenážních systémů a dalších vodních systémů. Přijatá energie systémem přenosu tepla je předána vodě cirkulující v topném systému domu. Vychlazená voda se vrací do vodonosné vrstvy horizont přes vypouštěcí studnu. Účinnost hydrotermálních systémů s vodní HP je zajištěna stálou teplotou podzemní vody po celý rok, obvykle na úrovni 8-13 C.

Tyto podmínky vytvářejí stabilní vysoce výkonný topný systém a činí jej nezávislým na vnějších povětrnostních podmínkách. Proto jsou čerpadla voda-voda nejúčinnější a mají garantovaný konstantní koeficient výkonu (COP). COP ukazuje poměr tepelné energie (kW) na elektřinu spotřebovanou tepelným čerpadlem (kW) pro vlastní potřebu zajistit vytápění objektu.

Když je teplota mezi 8-13 C a výstupní teplota je je 35 C, koeficient COP = 5 ÷ 7. V tomto případě za každý kilowatt elektrické energie vynaložený na řízení HP získáme volnou energii 5 ÷ 7 kWdostačující k udržení sanitárního tepelného režimu v místnosti o ploše cca 60 m².

Průmysl vyrábí širokou škálu čerpadel voda-voda, která se úspěšně používají v systémech zásobování teplem a klimatizace nízkopodlažních rodinných a vícebytových domů, dále hotelů, škol, kancelářských budov a průmyslová zařízení. Omezením při použití tohoto typu HP může být dostupnost povolení pro instalaci studny.

Aplikace geotermálních systémů pro zásobování teplem

Využití geotermální energie (povrchové) je další efektivní oblastí čerpání. Do podzemí se pokládá potrubní systém o délce asi 100 metrů, který akumuluje teplo půdy. Stav půdy určuje, kolik geotermálních systémů je nutné zajistit topnou zátěž domu. V případě velkých ploch lze alternativně využít teplo z blízkých podzemních kolektorů z dálkového vytápění nebo zásobování vodou.

Okruh tepelného čerpadla funguje skvěle v létě v režimu klimatizace. Po odběru tepla ze země je tato energie odebírána čerpadlem a dodávána do vnitřního topného systému. Čerpadla ze země vyžadují vyšší investici do instalace než čerpadla vzduchová, ale poskytují konstantní topný výkon, protože půda má konstantní teploty po celý rok. Tímto způsobem je zaručena nepřetržitá výroba energie.

Jak nainstalovat geotermální systém? Instalace geotermálního systému může jít několika směry:

1. Trubky výměníku jsou umístěny vodorovně, mají délku výkopu stovky metrů. Takové schéma vyžaduje značné množství zemních prací a vede k narušení místní krajiny. Tento pozemek bude navíc v budoucnu problematické využít na trvalé zelené plochy.
2. Trubky výměníku jsou uspořádány svisle, smyčky až 10 metrů. Časově nejnáročnější a nejdražší varianta.
3. Trubky výměníku tepla jsou umístěny pod vodou v nádrži umístěné v blízkosti domu. Nejlevnější varianta.

výhody:

1. Plynulá modulace kompresoru pro přehled o sledovaném výkonu.
2. Snížená spotřeba energie a náklady ve srovnání s běžnými tepelnými čerpadly.
3. Vysoká energetická účinnost.
4. Delší životnost díky měkkému startu.
5. Teplota ohřevu na výstupu až 60 C.
6. COP> 7.
7. Výrazně nižší provozní náklady díky inteligentnímu chladicímu cyklu.

Kromě významných úspor nákladů má geotermální systém některé další výhody. Teplo vzniká při nižší teplotě než nucený vzduch a pracuje nepřetržitě, proto je systém stabilnější, nemá velké teplotní rozdíly.

Geotermální systémy se dobře hodí k automatizaci s odlehčením topného výkonu. Když teplota v místnosti odpovídá parametrům nastaveným spotřebitelem, přebytečné teplo půjde na jiné úkoly výměny energie, například na ohřev teplé vody. Typická doba návratnosti pro většinu geotermálních systémů je 5–10 let, což je srovnatelné s dobou návratnosti solární energie.

Systémy rozdělení vzduchu

U tohoto typu čerpadel je zdrojem energie z venkovního vzduchu. Hlavní výhodou vzduchového tepelného čerpadla ve srovnání s geotermálním a vodním ohřevem je nízká cena instalace, protože nejsou nutné žádné výkopové, instalační a hlubokomořské pokládky tepelných potrubí.

Jednotky pro ohřev vzduchu lze instalovat venku i uvnitř, v monoblokových nebo dělených systémech. U monoblokových vzduchových čerpadel je deskový výměník umístěn ve venkovní jednotce a energie je dodávána do vnitřní jednotky přes dobře izolované tepelné trubky. U splitového tepelného čerpadla je tepelný výměník umístěn ve vnitřní jednotce, takže energie je transportována dovnitř přes chladivo.

Jedno omezení: FV se zdrojem vzduchu ztrácejí účinnost v chladnějším počasí a přestávají fungovat, když je teplota klesne pod -20 stupňů, proto pro regiony s průměrnou teplotou studeného vzduchu nepřesahující -10 C jsou takové systémy nejvíce přednostně.

Výpočet topného okruhu

První věcí, kterou musíte před instalací tepelného čerpadla udělat, je spočítat tepelnou bilanci domu. To umožní určit požadovaný přenos tepla k zajištění požadovaná komfortní teplota. Při dimenzování čerpadla je třeba vzít v úvahu následující údaje:

• účel budovy;
• jeho celková plocha;
• počet podlaží, plocha každého z nich;
• výška stropu;
• požadovaná (požadovaná) pokojová teplota;
• stěny (materiál, tloušťka vrstvy);
• typ a celková plocha zasklení;
• přítomnost ventilačního systému a jeho charakteristik;
• potřeba teplé vody, počet bodů;
• ohřívače a jejich typ;
• přítomnost / nepřítomnost půdy / vody v blízkosti;
• přítomnost / nepřítomnost omezení elektřiny.

Spotřebu energie vašeho domu si můžete rychle předem spočítat pomocí vzorce:

P = V x C x T,

kde V je objem ustájení vm 3;

C - konstrukční faktor C = 0,75, pokud je dům velmi dobře izolovaný (RT2005) C od 0,9 do 1,3, pokud je dům špatně izolovaný C = 1,6;

T je rozdíl mezi požadovanou teplotou v domě a nejnižší venkovní teplotou během chladného období pro geografickou oblast umístění budovy.

Příklad: Dům o rozloze 200 m², výška 2,5 m, který se nachází v Moskevské oblasti, teplota uvnitř místnosti je 20 C, venkovní teplota je 16 C. P = 200 x 2,5 x 0,9 x (20 - (-16)) = 16200 W

Pro tento dům, který vyžaduje 16 kW, potřebujeme tepelné čerpadlo s výkonem 16 kW až 20 kW .

Výroba tepelného čerpadla pro potřeby domácnosti

Je výhodné a pohodlné vyrobit tepelné čerpadlo pro vytápění domu vlastníma rukama. Tvrdí to statistika TN pro dům o rozloze 200 m² se vyplatí během prvních tří letA to není limit, vzhledem k rostoucí ceně paliva a elektřiny. Tyto náklady můžete snížit, pokud jsou v domě řemeslníci, kteří dokážou sestavit čerpadlo z odpadových materiálů. K tomu budete potřebovat:

1. Výkonný kompresor, například pro klimatizaci. Pokud nic takového doma nemáte, pak si to můžete vyzvednout v opravnách ledniček a klimatizací. K tomu musíte nejprve připravit držák na vhodném místě (obvykle na stěně domu).
2. Kondenzátor, můžete si ho vyrobit sami. Z měděné trubky o tloušťce stěny minimálně 1 mm vyrobte návin, který se vloží do svařovaného kovového tělesa vhodné velikosti. Nainstalujte na něj potřebné kohoutky a spoje. Je také umístěn na stěně vedle kompresoru. Aby byla cívka vyrobena kvalitně, je měděná trubka navinuta například na plynovou láhev a vzdálenost otáčení je fixována hliníkovým rohem. Konečná instalace kondenzátoru (pájení měděné trubky, čerpání freonu atd.) ) je lepší svěřit to odborníkovi, aby nedošlo k poškození VT a k úrazu při montáži nebo provozu.
3. Výparník - nádoba pro přeměnu kapalného chladiva do parního stavu. Vzniklá pára vstupuje do kompresoru, který ji pod tlakem čerpá do kondenzátoru.
4. Škrticí klapka. Je nutné zakoupit s ohledem na parametry čerpadla.
5. Spojovací prvky potrubí schématu v závislosti na zvoleném typu instalace.
6. Zkontrolujte hydraulickou těsnost potrubních systémů tlakovou zkouškou (vzduchem nebo vodou).
7. Doma kontrolují spolehlivost energetického zařízení.

Výhody a nevýhody zdroje zásobování teplem

Výhody tepelných čerpadel:

• Ideální elektrické vytápění: výroba 4 kW tepla se spotřebou 1 kW pro vlastní potřebu závodu.
• Nezávislost na drahém palivu (plyn, uhlí, topný olej).
• Efektivní energetická bilance s podlahovými nebo nástěnnými topidly.
• Zabírají málo místa v domě nebo sklepě.
• Nízké náklady na údržbu.
• Dobře se integruje do systému „chytré domácnosti“.

Nevýhody:

• Ekonomická efektivita po praktických zkouškách ve starých domech ne vždy odpovídá deklarovanému výrobcem zařízení.
• Vysoké nároky na topný systém.
• Přítomnost akumulační nádrže v okruhu.
• Teplota zdroje tepla je konstantní pouze s podzemní vodou.
• Mnoho modelů obsahuje chladivo poškozující klima.