Co je tepelné čerpadlo pro soukromý dům?

Tepelná čerpadla se úspěšně používají v každodenním životě a průmyslu v Evropě a USA již více než 25 let. Jejich zvláštností je přeměna tzv. nekvalitního tepla prostředí: země, voda, vzduch. Tato technologie šetrná k životnímu prostředí se na ruském trhu rozšířila poměrně nedávno.

Experimentální vesnice, které byly vytápěny pomocí tepelných čerpadel, existovaly již v Sovětském svazu. To, co bylo ve dvacátém století odvážným experimentem, se v dvacátém prvním stalo praktickým.

Konstrukce a princip činnosti tepelného čerpadla pro domácnost

Tepelné čerpadlo je systém, který lze použít k přenosu tepla z méně vyhřívaného tělesa do více vyhřívaného, ​​čímž se zvyšuje jeho teplota. Tepelná čerpadla jsou alternativní zdroje energie, které poskytují levné teplo bez poškození životního prostředí.

Princip činnosti tepelného čerpadla pro domácnost je založen na tom, že každé těleso s teplotou nad absolutní nulou má rezervu tepelné energie. Tato rezerva je přímo úměrná hmotnosti a měrné tepelné kapacitě těla. Pokud v této souvislosti věnujeme pozornost například mořím, oceánům a podzemním vodám, které mají obrovskou hmotnost, můžeme dospět k závěru, že jejich obrovské zásoby tepelné energie lze částečně využít k vytápění domů, aniž by došlo k poškození globálního environmentální situaci. Tepelnou energii tělesa můžete „vzít“ jeho ochlazením. Hrubý výpočet uvolněného tepla je v tomto případě možný pomocí vzorce: Q = C*M*(T2 − T1), kde Q je přijaté teplo, C je tepelná kapacita, M je hmotnost, T1 − T2 je teplota, při které bylo tělo ochlazeno. Vzorec ukazuje, že s rostoucí hmotností chladicí kapaliny může být teplotní rozdíl malý. Například ochlazením 1 kg chladicí kapaliny z 1000 na 0 oC můžete získat stejné množství tepla jako ochlazením 1000 kg z 1 na 0 oC.

Typy tepelných čerpadel

Podle typu přenosu energie se tepelná čerpadla dělí na dva typy:

• Komprese. Hlavními prvky instalace jsou kompresor, kondenzátor, expandér a výparník. Používá se cyklus komprese-expanze chladicí kapaliny s uvolňováním tepla. Tento typ tepelného čerpadla je jednoduchý, vysoce účinný a nejoblíbenější.
• Vstřebávání. Jedná se o tepelná čerpadla nové generace, která jako pracovní tekutinu využívají pár absorbent-freon. Použití absorbentu zvyšuje účinnost tepelného čerpadla.

Podle zdroje tepla se tepelná čerpadla rozlišují:

• Geotermální. Tepelná energie se odebírá z půdy nebo vody.
• Anténa. Teplo se odebírá z atmosféry.
• Použití sekundárního tepla. Jako zdroj tepla se používá vzduch, voda a odpadní vody.

Podle typu okruhu vstupu/výstupu nosiče tepla:

• Tepelná čerpadla vzduch-vzduch. Tento typ tepelného čerpadla odebírá teplo chladnějšímu vzduchu, dále snižuje jeho teplotu a uvolňuje ho do vytápěné místnosti.
• Tepelná čerpadla voda-voda. Teplo z podzemní vody se využívá a předává vodě pro vytápění a zásobování teplou vodou.
• Tepelná čerpadla voda-vzduch. Používají se sondy nebo studny pro systém ohřevu vody a vzduchu.
• Tepelná čerpadla vzduch-voda. K ohřevu vody se využívá atmosférické teplo.
• Tepelná čerpadla země-voda. Trubky jsou položeny pod zemí a voda jimi cirkuluje a odebírá teplo ze země.
• Tepelná čerpadla led-voda. K ohřevu vody v systému vytápění a zásobování teplou vodou se využívá tepelná energie, která se uvolňuje při výrobě ledu. Zmrazení 100-200 litrů vody dokáže vytopit průměrný dům na hodinu.

Výpočet účinnosti tepelných čerpadel pro vytápění

Aby bylo tepelné čerpadlo účinné, musí vyrobit více tepelné energie, než spotřebuje elektrické energie. Tento poměr se nazývá konverzní faktor. Převodní faktor se může lišit v závislosti na teplotním rozdílu mezi vstupními a výstupními obvody. Čím chladněji je venku, tím je systém méně účinný. U různých typů tepelných čerpadel se může přepočítací faktor lišit od 1 do 5. Pro objektivní hodnocení tepelného čerpadla je nutný další parametr roční účinnosti.

Účinnost konkrétního tepelného čerpadla bude záviset na mnoha faktorech a její výpočet je poměrně složitý. Je téměř nemožné dát zobecněný vzorec, který by vždy fungoval. Každý konkrétní případ proto vyžaduje kontaktovat odborníky, kteří podle zadání a jeho podmínek vyberou požadovaný typ tepelného čerpadla a objem chladiva.

Oblasti použití a rozsah distribuce

Tepelná čerpadla jsou žádaná především v případech, kdy jsou jiné způsoby organizace topného systému mnohem dražší. Rostoucí prevalence tepelných čerpadel ve výrobě i v domácnostech je spojena s jejich následujícími výhodami:

• Cenově efektivní . Pro přenos 1 kWh tepelné energie do topného systému vyžaduje instalace v průměru pouze 0,2-0,35 kWh elektrické energie.
• Snadné ovládání.
• Zjednodušení požadavků na systémy větrání místností, zvýšení úrovně požární bezpečnosti.
• Možnost přepnutí z režimu zimního vytápění do režimu letní klimatizace.
• Kompaktní a tichý , díky čemuž je tepelné čerpadlo atraktivní pro vytápění soukromého domu.

Podle Evropské asociace tepelných čerpadel se donedávna evropský trh s tímto zařízením soustředil hlavně ve Francii. V posledních několika letech se trhy začaly rozšiřovat v Německu, Velké Británii a východní Evropě. Podle Světového energetického výboru bude v příštích pěti letech podíl vytápění a dodávky teplé vody z tepelných čerpadel ve vyspělých zemích činit minimálně 75 %.

Častou nevýhodou tepelných čerpadel je nepříliš vysoká teplota ohřívané vody. Zpravidla je to 50-60 o C.

Je to legrace!

Poprvé v Moskvě byl v roce 2 uveden do provozu teplovodní systém tepelného čerpadla pro vícepodlažní budovu v mikrodistriktu Nikulino-2002. Projekt byl realizován za účasti Ministerstva obrany Ruské federace.

Náklady na vybavení

Tradičním řešením pro soukromé domy a chaty je plynové vytápění. Mnohem výnosnější a pohodlnější je však varianta tepelného čerpadla. Pro instalaci plynového kotle je zapotřebí speciální komín, větrání a celá sada povolení. Použití tepelných čerpadel vás těchto problémů ušetří a výrazně ušetří vaše peníze. Dodávka plynu do moskevské oblasti bude trvat asi 20 000 $, a to pouze v případě, že je váš dům vzdálen méně než 1 km od plynovodu, jinak se náklady několikrát zvýší! Kromě toho budete muset vzít v úvahu rychlost práce domácích plynařů. Instalace tepelného čerpadla na klíč stojí od 15 000 $ a práce zaberou pouhé 2-3 týdny.

Ze všeho výše uvedeného můžeme vyvodit jednoznačný závěr: použití tepelných čerpadel je efektivní, snadno instalovatelné, ekologické a ekonomické řešení pro organizaci vytápění a zásobování teplou vodou v soukromém domě.

Fráze „geotermální energie“ ve většině lidí vyvolává asociace s Islandem, gejzíry a sopkami, někdo si vzpomene na průmyslově rozvinutá ložiska termálních vod na Kamčatce v Dagestánu na území Stavropol. Geotermální energie však není jen průmyslové měřítko, ale také geotermální vytápění soukromého sektoru. Například ve skandinávských zemích je tepelnými čerpadly vytápěno asi 1,5 milionu domů a podobné projekty se realizují i ​​v Rusku. Rozumíme tomu, jak technologie vytápění podzemním teplem funguje, v jakých formách je realizována a jak je efektivní.

Geotermální vytápění: jak to funguje

První domy vytápěné teplem Země začaly vznikat před 50 lety; dnes je lze nalézt po celém světě, od Kanady po Nový Zéland.

Provoz zařízení využívajícího tepelnou energii podloží je založen na využití inverzního Carnotova cyklu, který popisuje kruhové procesy výměny tepla. Takový termodynamický systém funguje díky rozdílu teplot jeho součástí; Princip je již dlouho úspěšně implementován v chladničkách a klimatizacích.

Chcete-li spustit geotermální vytápění doma, musíte zorganizovat systém, který bude shromažďovat teplo z půdy (nebo vody) a přenášet jej do okruhu vytápění domu. Podzemní teplo se vyrábí kdekoli na světě a geotermální vytápění se úspěšně realizuje v Rusku, například v Moskevské oblasti. Zajímavé je, že okruh funguje tak, že v létě funguje jako klimatizace a v zimě jako zdroj vytápění.

V hloubce šesti metrů začíná zóna, kde teplota zůstává stabilní po celý rok. Zůstává na úrovni průměrné roční teploty atmosféry v dané oblasti; v mírných oblastech je + 15 ° C, pod roste. Pro sběr podzemní tepelné energie se používá okruh (výměník tepla). Jedná se o potrubí, které je namontováno pod zemí nebo pod vodou. K organizaci vytápění ze země se používají následující metody:

• ve vertikální studni. Možnost vhodná pro malé plochy. V blízkosti domu jsou vrtány dva geotermální vrty, každý 80-90 m, v každém je umístěna geotermální sonda. Tepelné čerpadlo zvedá ohřátou vodu, ta prochází výměníkem tepla a odevzdává teplo do vnitřního okruhu domu. Vertikální okruh se vyznačuje nejvyšší energetickou účinností a životností.
• S horizontálním kolektorovým zařízením. Metoda je vhodná pro velké plochy. Pro získání správně fungujícího kolektoru jsou pomocí bagru připraveny rýhy o hloubce 2-2,5 m, kde jsou položeny HDPE (polyetylenové) trubky. Plocha místa, ze kterého bude odebíráno teplo, je úměrná ploše bydlení.

• Na dně rybníka. Vodorovný kolektor (sondy horizontálního typu) se instaluje na dno, pokud má nádrž dostatečné rozměry (plochu a hloubku) a je umístěna blízko domu. Metoda také vykazuje dobrou energetickou účinnost.
• Použití nemrznoucí směsi. V dostatečné hloubce (75 m a více) se ponoří nádoba naplněná nemrznoucí kapalinou. Ohřátá kapalina je zvedána tepelným čerpadlem a dodává energii do výměníku tepla a poté se vrací do podzemí pro další cyklus.

Výhody a nevýhody technologie

Geotermální vytápění domu, jehož princip nezahrnuje spalování paliva, je z pohledu moderních představ o ekologické bezpečnosti ideální. Geotermální topný systém poskytuje svým majitelům následující výhody:

• Bezpečnost ve všech oblastech: absence škodlivých emisí, což je důležité pro zdraví majitelů, jejich mazlíčků, pro životní prostředí a také požární bezpečnost.
• S nedostatkem paliva odpadá potřeba jeho nákupu (sklizně), dodávky a skladování.

• Ekonomický přínos. Síly přírody pracují zdarma. Utrácíte pouze za nákup a instalaci systému a během provozu – za elektřinu pro tepelné čerpadlo. Přitom v regulovaném systému připadá na každý 1 kW vynaložený na provoz čerpadla asi 3,5-4 kW vytěžené ze země.
• Kompaktní rozměry. Velikost hlavního okruhu je skryta pod zemí (voda), v domě bude potřeba nainstalovat pouze čerpadlo a není k tomu potřeba samostatná kotelna.
• Dostupnost. Zařízení lze instalovat kdekoli. Jedinou podmínkou pro zahájení prací je přítomnost elektřiny v domě.
• Multifunkčnost. Když je zima, systém funguje na vytápění, když je teplo, funguje na chlazení.
• Dlouhá životnost. Technologicky správná instalace zaručí dlouhodobý provoz. Geotermální okruh je spolehlivě chráněn zemí a životnost tepelných čerpadel je 25-30 let.

Majitelé, kteří nedůvěřují geotermálnímu vytápění soukromého domu, uvádějí následující argumenty:

• Na přípravu systému k provozu musíte vynaložit značné náklady: nákup čerpadla, další materiály, instalace vnějších a vnitřních okruhů. Zařízení bude stát 8-10krát více než podobná plynová zařízení.
• Geotermální systém není autonomní. Aby to fungovalo, na každé 4 kW tepelné energie bude potřeba spotřebovat 1 kW elektřiny.
• Úroveň přenosu tepla je nižší než u tradičních technologií. Například okruh, který jde do hloubky 20-30 m, vydává pouze 40 W tepla na lineární metr.
• Dlouhá doba návratnosti. V průměru přesahuje 10-15 let, přičemž průměrný plynový kotel (do 12 kW) bude splácet asi 5 let.

Jak nainstalovat geotermální vytápění

Instalace geotermálního topného systému zahrnuje tři fáze:

• Na místě probíhají vrtné a montážní práce.
• Zařízení a tepelné čerpadlo jsou zakoupeny a dodány.

• Vnější a vnitřní obrysy jsou namontovány. Jsou připojeny přes tepelné čerpadlo, poté se provede uvedení do provozu.

Horizontální, vertikální a podvodní okruhy mají své vlastní instalační vlastnosti: Horizontální trubkový výměník tepla je položen pod zámrznou hloubkou. Pokud je podzemní voda vysoká, je organizován pískový polštář, jsou přijata opatření k vyrovnání zvedání, deformace a vytlačování obrysu.

Délka horizontálního výměníku je určena výpočtem: 40 m potrubí na 1 kW tepelné energie. Takový systém může vyžadovat pevnou plochu (až 2,5 akrů) a budete muset přijít na to, jak jej použít později, protože nemůžete stavět budovy s podzemním základem nebo sázet stromy nad výměníkem tepla.

Vertikální podzemní okruh je téměř o třetinu účinnější než horizontální protějšek. Hloubka vrtu se vypočítá z poměru 10-30 m potrubí na 1 kW (v závislosti na vlastnostech hornin). Pokud se ukáže, že hloubka je příliš velká a není ekonomicky proveditelná, lze vytvořit několik malých vrtů, které dají dohromady požadovaný výkon.

Je možné uspořádat podvodní okruh za předpokladu, že nádrž je umístěna maximálně sto metrů od domu a v zimě nezamrzne. Chcete-li získat 1 kW tepelné energie, budete muset položit 35 m potrubí. I když se budete muset postarat o kotevní balast, abyste zabránili plavání a ochraně na ledové hraně, podvodní okruh bude z hlediska nákladů nejlevnější.

Současné systémy jsou nastaveny tak, aby poskytovaly ohřev na 50 °C, protože speciální výpočty ukázaly, že tato možnost je nejúčinnější. Důsledkem omezení je použití v domech s vytápěním ze země především ne obvyklými radiátory, ale podlahového vytápění nebo vzduchového (parního) vytápění.

Popis videa

O návratnosti tepelného čerpadla v následujícím videu:

Nejdůležitější znaky

Geotermální vytápění je perspektivní, ale podceňovaný systém pro soukromé domy. Může být organizován třemi způsoby: ve vertikální studni, ve formě horizontálního podzemního kolektoru nebo pod vodou.

Podzemní vytápění je cenově výhodné; Maximálního efektu instalace lze dosáhnout použitím podlahového vytápění. Systém funguje celoročně: v zimě vytápí prostory a v létě snižuje teplotu vzduchu, čímž odpadá potřeba klimatizace. Mnoho majitelů venkovských domů nespěchá, aby si vybrali technologii šetrnou k životnímu prostředí kvůli vysokým nákladům na nákup a instalaci zařízení.