Představujeme tepelná čerpadla, 3. díl: Primární zdroje tepla pro TČ

Klasickými zdroji nízkopotenciálního tepla jsou země, vzduch, voda.

Vzduch
 

Tepelná čerpadla odebírající teplo ze vzduchu a předávající jej do topného okruhu se označují názvem vzduch – voda (vzduch). V klimatických podmínkách ČR, zejména v nižších polohách (do 500 m nadmořské výšky), jsou schopna uspořit asi 55 až 60% nákladů na vytápění. Finance potřebné na pořízení tohoto typu čerpadla jsou zpravidla nižší než u ostatních typů tepelných čerpadel. Proto bývá návratnost investice v některých případech nejkratší (především u větších domů).

Vzduch - voda

U systému vzduch - voda se teplo okolního vzduchu odebírá přímo pomocí chladiva, které koluje ve venkovním výparníku tepelného čerpadla. Venkovní vzduch je ventilátorem proháněn přes výparník tepelného čerpadla (soustava tenkých měděných trubiček s chladícím médiem), kterému odevzdává část svého NP tepla. Mírně zahřáté chladivo je následně kompresorem převedeno na mnohem vyšší teplotní úroveň, která je již využitelná pro vytápění objektu pomocí vody.

Vzduch - vzduch

U systému vzduch - vzduch se teplo předává přímo do vnitřního prostoru místností. Z hlediska instalace a finanční náročnosti je tento systém jednoznačně nejlevnější.

Země

Tepelná čerpadla odebírající teplo ze zemského povrchu se označují názvem země – voda. Jsou schopna ušetřit cca 65 až 70% nákladů na teplo. Půdní systém je tvořen polyetylenovými trubkami o průměru 25 mm, ve kterých cirkuluje nemrznoucí směs. Ta má při dobře navrženém vrtu či zemním kolektoru střední pracovní teplotu cca 0°C. Trubky mohou být založeny buď horizontálně (kolektory) nebo vertikálně (vrty). Vrtná soustava se nemusí vždy dostat až na konkrétní místo zákazníkova pozemku (členitost terénu, nevhodné přístupové cesty apod.).

Hloubkový vrt

Investice do tepelného čerpadla odebírajícího teplo z vrtů je ze všech typů nejvyšší. Způsobují to hlavně vysoké náklady na zhotovení vrtů. Jejich instalace se vyplatí především v chladnějších oblastech a tam, kde není dostatečná plocha pro plošný kolektor. Také složení zeminy, např. tvrdá skála, může ceny vrtů značně zvýšit. Polyetylenové trubky jsou do zemních vrtů zakládány ve tvaru zdvojeného písmene U a po provedení tlakové zkoušky založených trubek se celý vrt zasype. Energetický zisk se podle složení půdy pohybuje v rozmezí 30-100 W na metr hloubky. Do zemních vrtů lze použít i novější systém, kde se místo klasického plastového potrubí používá měděné potrubí se stlačeným mediem CO₂. Tento plyn se teplem země vypařuje, jde nahoru, kde kondenzuje na speciálních patentovaných šroubových výměnících. Zde předává teplo chladivu z tepelného čerpadla.  Nespotřebovává energii pro pohon teplonosné látky tak jako u solankových systémů (solanka - nemrznoucí směs z vody a mrazuvzdorného koncentrátu na bázi glykolu) a využívá se zároveň vynikající vodivosti mědi.

Plošný kolektor

Ekonomické výsledky u plošného kolektoru jsou velmi podobné jako u vrtů. Náklady na pořízení jsou však podstatně nižší. Plošný kolektor vyžaduje na 1 kWh výkonu tepelného čerpadla cca 40 až 50 m² plochy. Ideální je jeho volba u novostaveb, kde je většinou takový rozsáhlý prostor k dispozici. Tento systém se zakládá do hloubky zhruba 1,7 m do výkopů tak, že je trubka v celé délce vedena samostatně, nebo (při malém pozemku) je možné trubku stočit do spirály a založit ji v této formě. V prvním případě je nutné počítat s plochou pozemku přibližně 3 x větší, než je vytápěná plocha objektu (cca 400 m² trubek pro rodinný domek). Pro předběžné dimenzování délky trubek lze počítat s energetickým ziskem 20 až 25 W na metr trubky. V druhém případě je potřebná plocha pozemku mnohem menší (výkop o délce cca 50 m, šířce 0,6 m a hloubce cca 2 m), ale energetický zisk je nižší. Pozemek, pod kterým je zemní kolektor uložen, má být co nejvíce přístupný slunečnímu záření i dešťovým srážkám.

Jak to funguje?

Nízkopotenciální teplo půdy je pomocí teplonosné kapaliny proudící v polyetylenových (PE) trubkách uložených v zemině dopravováno do výměníku tepelného čerpadla. Tam své teplo předá chladivu, které obíhá v uzavřeném okruhu tepelného čerpadla. Mírně zahřáté chladivo je následně v plynném stavu nasáváno do kompresoru, kde je stlačeno pod vysokým tlakem. Tím je také převedeno na mnohem vyšší teplotní úroveň. Stlačené a zahřáté chladivo je přiváděno do tepelného výměníku, ve kterém předává své teplo vodě topného okruhu objektu. Odevzdáním tepla chladivo zkondenzuje a přes expanzní ventil je (stále pod velkým tlakem) vstřikováno do výparníku. Chladivo se za expanzním ventilem ve výparníku začne kvůli náhlé ztrátě tlaku a teploty okamžitě odpařovat, a tím odnímat teplo kapalině proudící výměníkem tepelného čerpadla. Páry chladiva jsou nasávány kompresorem a celý cyklus se tak uzavírá a opakuje.

Voda

Tepelná čerpadla odebírající teplo ze spodní vody se označují názvem voda – voda. Pomocí ponorného čerpadla odebíráme vodu ze studny a proháníme ji tepelným čerpadlem, které jí odebírá teplo. Takto ochlazená voda se pak pouští do druhé studny nebo do potoka apod. Tento způsob je vhodný všude tam, kde je velký dostatek spodních vod. Velmi výhodné je instalovat tepelná čerpadla v oblasti povodí řek se štěrkopískovým podložím. Tento typ tepelného čerpadla má také nejlepší ekonomické výsledky. Teplota podzemní vody je celý rok konstantní a pohybuje se kolem 10 - 12°C. Protože chod tepelného čerpadla je u tohoto systému přímo závislý na průtoku studniční vody výměníkem, musí být vydatnost studně min. 0,2 - 0,4 l/sec, čemuž zhruba odpovídá výkon tepelného čerpadla 10 kW. Teplota studniční vody by neměla být nižší než 9°C. Voda, která je po průchodu tepelným čerpadlem ochlazená o cca 7°C, se musí vypouštět do vsakovací studny a vracet tak zpět do původního prostředí. Vsakovací studna by měla být od zdrojové vzdálena min. 15 m. Voda ve studni musí splňovat přísné limity obsahu chemických a minerálních sloučenin, které by mohly být příčinou zanášení, zarůstání a koroze výměníku tepelného čerpadla. Hodnota pH zdrojové vody by měla být v rozmezí 6 až 9. Hloubka studny se pohybuje mezí 5 a 15 metry. Průměr vrtu je obvykle 22 cm. Soustavu PE trubek odebírajících NP teplo pro TČ lze umístit např. i do potoka, řeky, či rybníka, ovšem vždy je nutné povolení vodoprávního úřadu. V tomto případě je nutné si uvědomit, že množství vody v potoce či rybníku musí být po celou dobu životnosti tepelného čerpadla dostatečné a zároveň musí být PE trubky pod hladinou zajištěny proti případnému poškození jinými vlivy jako např. povodněmi.

Nechte to na odborníky

Uvažujete-li o tepelném čerpadle na hlubinné vrty nebo studniční vodu, je nutné stavební povolení a vyjádření hydrogeologa. V krajině se mění hydrogeologické poměry. U hlubinných vrtů dochází k promíchání povrchové vody s hlubinnou, protože vrty mají 100 a více metrů. V každém případě je vhodné kontaktovat kvalifikované firmy.

Netradiční zdroje tepla pro TČ

Odpadní teplo z technologických procesů a teplo získané z kanalizační soustavy jsou jedněmi z mnoha dalších možností získávání tepla pro okruh tepelného čerpadla.  I když již nemůžeme u  některých typů mluvit o nízkopotenciálovém teple. Těchto systémů se užívá minimálně, a tudíž je nebudu podrobně rozvádět.

27.04.2007 - Otakar Hobza www.Svet-Bydleni.cz