Tepelné čerpadlá voda - voda

Aký je fyzikálny princíp TČ voda - voda?

Tepelné čerpadlo voda-voda využíva tepelnú energiu z vodného zdroja. Môže ním byť napríklad studňa alebo povrchový vodný tok, t.j. potok, rieka, veľký rybník alebo jazero. Teplota podzemných vôd sa na Slovensku pohybuje od 7°C do 12°C. Spotreba vody pre vykurovanie tepelným čerpadlom je však veľká, musíme počítať najmenej s 0,3 m³/ hod na 1 kW tepelnej straty domu.
Aby to mohlo fungovať potrebujeme chladiarenský okruh ktorého hlavnou súčasťou je kompresor. Celé fungovanie tepelného čerpadla môžeme zhrnúť takto:
Výparník odoberá tepelnú energiu z vodného zdroja, zároveň chladiace médium vo výparníku prechádza z kvapalného do plynného skupenstva, kompresor nasaje plynné chladivo a stlačí ho, nárastom tlaku dochádza k nárastu teploty plynného chladiva, tepelná energia sa následne v kondenzátore odovzdáva do vykurovacieho systému, ďalej expanzný ventil vstrekuje chladivo na výparník chladivo je prudko ochladené a stráca tlak, následným dodaním energie z okolitého prostredia na výparník sa celý proces opakuje.

Čo treba brať do úvahy pri výbere

Služby

Pri výbere vhodného TČ je potrebné poznať celkovú potrebu tepla na vykurovanie domu, zvážiť priestorové možnosti na inštaláciu, zvoliť optimálnu kombináciu funkcií okrem vykurovania a ohrevu vody zvládnu niektoré zariadenia aj vetranie, chladenie či spoluprácu so solárnym zariadením či fotovoltikou.

Jednoducho toho, čo by ste mali brať do úvahy, je viac než dosť. Preto je dobré vybrať si tepelné čerpadlo od firmy, ktorá k nemu ponúka aj užitočné služby – počnúc návrhom riešenia optimálneho pre konkrétne podmienky, cez zostavenie ponuky, ktorá zahŕňa aj súvisiace náklady a harmonogram všetkých prác, až po uvedenie TČ do prevádzky, poskytnutie servisu, či predĺženej záruky.

Účinnosť

Zákazník často hľadá zariadenie s najvyššou účinnosťou. Tá je pri rôznych poveternostných  podmienkach odlišná a výrobcovia ju zvyknú udávať rôznymi spôsobmi.

Často sa za najdôležitejší parameter považuje koeficient výkonnosti COP (Coefficient Of Performance) alebo aj výkonové číslo, ktoré udáva pomer medzi tepelným výkonom TČ a elektrickým príkonom. Napríklad, ak je pri príkone 1 kW tepelný výkon TČ 4 kW, má zariadenie COP 4.

Dôležité však je porovnávať COP pri rovnakých podmienkach. To isté TČ môže mať napríklad v režime teplôt A7/W35 (teplota primárneho média 7 °C/teplota výstupnej vykurovacej vody 35 °C) COP 4,1, čo pôsobí lepšie, ako keby bolo uvedené COP 3,5 v režime A2/W35 alebo len 2,9 pri A2/W55.

Presnejší ukazovateľ je sezónny vykurovací súčiniteľ SCOP zohľadňuje aj geografickú polohu a priemerné hodnoty teplôt v danom regióne v priebehu celého roka. Ide teda o objektívnu hodnotu efektivity zariadenia v reálnej prevádzke.

Pri porovnávaní sa nespoliehajte ani na údaj o nominálnom výkone TČ. Zariadenie, ktoré má uvedený nominálny výkon 10 kW, môže mať pri reálnej prevádzke menší tepelný výkon ako zariadenie s údajom 7 kW. Stačí, ak prvý výrobca určil hodnotu výkonu pri +15 °C vstupného primárneho média a druhý výrobca pri teplote +2 °C

Dimenzovanie a bod bivalencie

Pri tepelných čerpadlách určite neplatí staré známe radšej viac výkonu pre istotu, ako to bolo napríklad u plynových kotlov. Život tepelného čerpadla sa dá predpovedať podľa počtu štartov kompresora, ak by sme sa držali starej frázy tepelné čerpadlo by malo extrémne vysoký počet štartov a zaručene by neprežilo odhadovaných 15 až 20 rokov.

Preto sa pri dimenzovaní tepelného čerpadla voda-voda vychádza z charakteristík vodného zdroja (výdatnosť, teplota podzemnej vody) a tepelnej straty domu. Na Slovensku platí, že teploty podzemnej vody sa hýbu v rozmedzí teplôt od 7 °C do 12 °C.

Uveďme si príklad štandardná novostavba bungalovu v meste Dubnica nad Váhom s podlahovou plochou 130 m2 má pri vonkajšej teplote -11°C tepelnú stratu do 5 kW. Čo sa týka výdatnosti vodného zdroja potrebujeme na 5kW tepelnej straty výdatnosť 1,5 m3/h. Pri použití tepelného čerpadla s výkonom 5 kW sa vieme pri súčasných cenách elektrickej energie dostať na ročnú spotrebu pri kúrení a príprave teplej vody na 2037 kWh čo je 285 € ročne alebo necelých 24 € mesačne.

Sledujte tri najdôležitejšie čísla

Výsledkom tejto našej krátkej exkurzie je poznanie, že množstvo parametrov, ktoré vstupujú do hry pri porovnávaní, ale hlavne výbere TČ nás odkazuje na pomoc odborníka. Ale i tak je dobré vedieť aspoň základné veci, ktoré treba mať na pamäti pri výbere nielen čerpadla, ale i dodávateľa. Napr. neznalosť základných pojmov je varovný prst, či je dodávateľ na dostatočnej odbornej úrovni a či jeho výber a pomoc bude taká, akú očakávame. Výsledok totiž zistíme až po montáži a prvom roku prevádzky.

Ale aspoň tieto čísla vám niečo napovedia:

1. Výkon TČ s ohľadom na tepelnú stratu domu, okolitú teplotu a požadovanú teplotu výstupnej vody
2. Účinnosť čerpadla - COP, teda pomer medzi dodaným teplom a spotrebovanou elektrickou energiou (pri mojich klimatických podmienkach a type kúrenia – teda potrebnou teplotou výstupnej vody pre môj typ kúrenia)
3. Bivaletný bod – teplota pri ktorej TČ začína prikurovať elektrinou

Vhodné použitie TČ voda-voda

Pretože tento typ čerpadla je možné použiť i na dodatočný odber tepla z odpadovej, alebo technologickej vody vo výrobnom procese, je možné ich použiť na ekonomické zhodnotenie odpadového tepla v podnikoch a na ekologizáciu prevádzok.

Pre rodinné domy v poriečí riek s dostatočným množstvom stabilnej podzemnej vody je to ideálne riešenie, keď v kombinácii s fotovoltaikou rýchlejšie dospejete k takmer 100% nezávislosti na vonkajších zdrojoch energie. Je to investícia, ktorej návratnosť nie je tak ďaleko, aby nás to muselo odradiť.

Výhody  TČ voda-voda

Tepelné čerpadlá  voda - voda dosahujú najvyšších vykurovacích faktorov zo všetkých typov tepelných čerpadiel – účinnosť, stabilitu, výkon.

Veľmi nízke prevádzková náklady (mesačné platby).

Nižšie investičné náklady v porovnaní s tepelnými čerpadlami s vrtmi s porovnateľnými výhodami.

Spätné využitie odpadového tepla v technologických procesoch v priemysle

Nižšie nároky na priestor ako systémy s geovrtmi.

Pretože je potrebné mať dva vrty – zdrojový a vsakovací, je možné použiť vŕtanú studňu ako zdroj alebo jeden z nových vrtov použiť aj ako studňu.

Nevýhody TČ voda-voda

Využitie je možné iba v lokalitách s dostatkom vody (spodnej, geotermálnej, technologickej).

Vyššie náklady na servis z dôvodu nutných kontrol a údržby (čistenie filtrov a výmenníkov).

Vyššie obstarávacie náklady v porovnaní s čerpadlami vzduch – vzduch a voda – vzduch.

Nižšia životnosť komponentov pre čerpanie spodnej alebo geotermálnej vody (čerpadlá, filtre).

Pri rodinných domoch je potrebné mať dva vrty vo vzdialenosti minimálne 15 m od seba – s tým treba počítať.

Ako funguje tepelné čerpadlo?

Zdroje tepla pre tepelné čerpadlo