Další články

Jak navrhnout a zapojit tepelné čerpadlo

Zdroj: Viessmann

Návrh zapojení tepelného čerpadla se samozřejmě liší hlavně podle typu. Jinak se řeší zapojení primární strany tepelného čerpadla země/voda s hlubinnými vrty, jinak s plošným kolektorem. Stejně rozdílně je třeba přistupovat k tepelnému čerpadlu typu voda/voda a také vzduch/voda.

Podle účelu využití tepelného čerpadla (dále jen TČ) je třeba rozhodnout, jaký provozní režim bude využívat. Rozeznáváme:

1. Monovalentní – tj. režim, při kterém je veškerá potřebná energie dodávána jen pomocí TČ.
2. Paralelně bivalentní a monoenergetický – tj. režim, kdy TČ dodává energii jen do určité vytápěcí teploty a dále se přidá druhý zdroj tepla, který TČ pomůže dotopit.
3. Alternativně monovalentní – TČ dodává energii jen do určité teploty jímacího zdroje, pak je celý výkon nahrazen např. elektrickým kotlem (taktéž monoenergetický). Tento režim se využívá tehdy, pokud pod teplotou přepnutí je topný faktor menší než 1 a provoz TČ se nevyplatí.
4. Částečně paralelně bivalentní – je to kombinace režimu 2 a 3, kdy dochází k určitému souběžnému chodu TČ a elektrokotle.

Především je třeba mít na paměti, že úspěšnost realizace TČ je přímo závislá na splnění „potřeb“ TČ, protože pokud mu řešení primární strany (jímání tepla) nevyhovuje, případně vyhovuje jen částečně, plně se to projeví na jeho výkonu. Velmi důležité je uvědomit si, že výkon TČ je přímo závislý na jímacích podmínkách, které se navíc v průběhu roku mění. Tím je proměnlivý i jeho výkon.

Co vzít do úvahy při návrhu a zapojení podle typu tepelných čerpadel

Tepelná čerpadla země/voda

U tepelných čerpadel země/voda s hlubinnými vrty je jejich výkon v čase nejstálejší, protože v zemské kůře je teplota v okolí místa jímání tepla téměř konstantní. Při návrhu sond je třeba počítat s jímací schopností, která je závislá na typu horniny a jejím zavodnění. Střední hodnota se v České republice pohybuje okolo 50 W na metr hloubky. U rozsáhlejších aplikací je třeba provést zkoušku (např. GRT test) autorizovanou firmou, aby po čase nedošlo k vyčerpání vrtů.

U TČ s plošnými kolektory je teplota okolní zeminy (hloubka kolektoru cca 1,2 – 1,5 m pod povrchem) silně ovlivňována slunečním zářením, a proto kolísá i mezi létem a zimou. Teplota zeminy může být v létě vyšší (i přes 20 °C), takže se ne vždy dají tato čerpadla využít k pasivnímu chlazení objektu.

U obou typů TČ je třeba uvažovat s realizací expanzní nádoby, která slouží k zachycení objemových změn provozní kapaliny. Návrh její velikosti a plnící tlak lze najít v technických předpisech, je ale třeba mít poměrně větší technické znalosti. Proto se tento návrh doporučuje přenechat odborníkům.

Obr. Zapojení jednotlivých součástí systému: tepelné čerpadlo (1), zásobník teplé vody (2), akumulační zásobník otopné vody (3)

Tepelná čerpadla voda/voda

Při návrhu tepelného čerpadla voda/voda je třeba dbát především na polohu mezi jímacím a vsakovacím vrtem (studnou) podzemní vody. Ty musí být tzv. po vodě, tedy jímací vrt musí být na toku dříve než vsakovací, aby nebyl ovlivňován. Dále je třeba provést poměrně dlouhodobou čerpací zkoušku, aby došlo k průkazu, že jímací množství tepla je dostatečné. Teplotní spád mezi sondami při chodu TČ nesmí být více jak 2–3 K. Celoročně nemůže být teplota jímané vody nižší než +5 až +7 °C, jinak by došlo k zamrznutí výparníku. Neméně důležitou vlastností jímané vody je její chemické složení, které přímo ovlivňuje poškozování výměníku chemickou agresivitou a případné nečistoty, proto se doporučuje meziokruh s výměníkem.

Obr. Zapojení jednotlivých součástí systému: tepelné čerpadlo (1), zásobník teplé vody (2), akumulační zásobník otopné vody (3), sací a vsakovací vrty (4), meziokruh s výměníkem (5)

Tepelná čerpadla vzduch/voda

U dnes nejčastěji používaných tepelných čerpadel vzduch/voda se jímací strana moc řešit nemusí, protože vzduchu kolem nás je zatím dostatek a průchodem přes TČ se neznehodnocuje, jen snižuje jeho teplota. S tímto faktem je třeba počítat při osazování rostlin okolo výdechů ochlazeného vzduchu TČ. Dále je třeba dbát na ovlivňování okolí hlukem vydávaným používaným TČ. K tomu je vhodné (a stavební úřady to většinou vyžadují) nechat si zpracovat hlukovou studii ovlivnění okolí a tím po realizaci předejít případným sousedským sporům.

Obr. Zapojení jednotlivých součástí systému: tepelné čerpadlo (1), zásobník teplé vody (2), akumulační zásobník otopné vody (3), venkovní jednotka (4)

Dimenzování otopné soustavy

Dalším dimenzovaným okruhem je otopná soustava. Prvním kritériem pro její návrh je maximální možná teplota vytápěcí vody. Ta je závislá na použitém TČ a je vždy udávána výrobcem. Této teplotě je třeba přizpůsobit charakter otopné plochy; u běžných TČ se pohybuje okolo 55 °C. Špičková TČ dosahují použitím nových technologií (vstřik části chladiva do kompresoru), případně nových chladiv teplot, výstupní vody až 70 °C. Tomu je třeba přizpůsobit typ otopné plochy. Čím je teplota nižší, tím je menší jmenovitý výkon z m² této plochy a je tedy potřeba větší plochy k dosažení stejného výkonu. Tomu nejlépe vyhovuje podlahové vytápění, kterému stačí teplota vytápěcí vody i pod 40 °C. Naopak pro TČ s vysokou výstupní teplotou lze použít i desková otopná tělesa.

Vždy je však třeba sledovat tzv. topný faktor, což je hodnota, kterou udávají pro konkrétní podmínky výrobci TČ. Značí, kolik tepelné energie (nejčastěji elektrické) se získá z TČ při příkonu 1 kW. Pro přesnější vyhodnocení slouží tzv. sezónní topný faktor, který udává průměrnou hodnotu za celou sezónu včetně započtení spotřebované primární energie i pro pohon oběhových čerpadel, případně ventilátorů u TČ vzduch/voda. 

Pro návrh velikosti TČ a otopné plochy je také velmi důležitý sjednaný odběrový tarif s dodavatelem elektrické energie. Pokud je například sjednán odběr po dobu 20 hodin denně s tím, že ty 4 hodiny, kdy je přívod energie zastaven, nesmí dodavatel používat v celku, ale jen maximálně 2 a 2 hodiny, a také s tím, že časový úsek mezi přestávkami nesmí být kratší než 4 hodiny, je třeba zohlednit akumulační schopnost vytápění stavby, aby nedocházelo k příliš velkému poklesu vnitřní teploty v budově v případě odstávky energie. Tomu se často předchází vložením dostatečně velké akumulační nádrže mezi TČ a otopnou soustavu, která tuto přestávku překoná a navíc pomůže s vylepšením hydraulických podmínek v soustavě.

Obr.: Obr. Zapojení jednotlivých součástí systému: tepelné čerpadlo (1), zásobník pro ohřev teplé vody (2), akumulační zásobník otopné vody (3)

U TČ vzduch/voda se tato nádrž využívá také ke zpětnému získání energie pro odtávání výparníku při teplotách okolo +7 až 0 °C, kdy dochází k největšímu namrzání vzdušné vlhkosti na jeho lamelách. Pro TČ o výkonu 10 kW postačí akumulační nádrž o objemu 200 litrů. Dále je při návrhu výkonu nutné počítat s tím, že v době odtávání není TČ v provozu. Tato doba může být cca 10 min z hodiny. Zároveň je třeba zajistit odvod zkondenzované vody tak, aby se pod venkovní jednotkou netvořila homole ledu, která by za čas ledem zabalila i výparník.

Důslednost je důležitá

Z předchozího textu je patrné, že návrh tepelného čerpadla, otopné soustavy a jejich následné zapojení není jednoduchou záležitostí. Pokud z TČ chceme vytěžit maximum co do výkonu i životnosti, důslednost při plánování a realizaci je nezbytná. Proto se oplatí svěřit tyto úkony odborníkům z řad výrobců TČ, případně odborných topenářských firem s dostatečnou praxí.

Spočítejte si nezávazně nabídku