K čemu je tepelné čerpadlo?

Vytápění budov tepelnými čerpadly v USA, Německu a mnoha dalších evropských zemích je již dlouho samozřejmostí. Tyto jednotky však přišly na ruský trh relativně nedávno, ačkoli podíl jejich prodeje každým rokem neustále roste. S přihlédnutím k neustálému zvyšování cen elektřiny, zvyšování technické gramotnosti ruského spotřebitele a také celosvětovému trendu energetické účinnosti a úspor energie lze očekávat, že v blízké budoucnosti tyto systémy zaujmou své právoplatné místo mezi alternativní systémy vytápění. V našem článku si povíme, co jsou tepelná čerpadla a jaké typy těchto topných systémů existují.

Typy tepelných čerpadel pro vytápění

Co je tedy tepelné čerpadlo? Jedná se o zařízení pro sběr a přenos tepelné energie z nekvalitního zdroje tepla ke spotřebiteli. Hlavní rozdíl mezi tepelným čerpadlem a tradičními ohřívači je v tom, že první z nich je schopen přenášet teplo opačným směrem – z méně vyhřívaného objektu do teplejšího, čímž efektivně zvyšuje teplotu chladicí kapaliny. Tepelné čerpadlo nevyrábí teplo samo, pouze „bere“ tepelnou energii z vody, půdy nebo vzduchu a následně ji předává do místnosti. Fyzikální princip činnosti tepelného čerpadla je založen na tom, že každé těleso s teplotou nad absolutní nulou (-273,15°C) má určitou rezervu tepelné energie a tato rezerva je přímo úměrná měrné tepelné kapacitě a hmotnosti tepelného čerpadla. samotné tělo.

Je zajímavé,
Koncept tepelného čerpadla vznikl v Anglii v polovině 40. století a o něco později jej vylepšil Rakušan Peter von Rittinger. Praktické využití jednotky se však našlo až ve XNUMX. letech dvacátého století: Robert Weber jako první uhodl umístění výstupní trubky z mrazáku do bojleru ohřívače vody a poté vedl horkou vodu přes spirálu. a pomocí ventilátoru rozprostřete teplo po místnosti.

Moderní rodina tepelných čerpadel je velmi početná, její zástupci se dělí do několika typů v závislosti na následujících vlastnostech:

1. Podle typu chladicí kapaliny a systému výměny tepla:
   • “vzduch-vzduch”. V tomto případě je teplo do chladiva cirkulujícího v uzavřeném okruhu čerpadla předáváno z venkovního vzduchu, který je následně fyzicky chlazen. Poté vstupuje do vytápěné místnosti vnitřními jednotkami, které mohou být libovolného druhu, například nástěnné nebo podlahové. Taková čerpadla rychle zahřejí místnost a zároveň jsou relativně levná. Klasickým příkladem takového tepelného čerpadla jsou moderní klimatizace s funkcí topení nebo reverzibilní klimatizace. V případě použití vzduchového tepelného čerpadla k vytápění není potřeba mít další zdroj energie – jezírko, spodní vodu a podobně. Čerpadlo vzduch-vzduch má nejnižší náklady na instalaci a rychlou návratnost, kromě toho ho lze v létě použít jako klimatizaci pro chlazení vzduchu. Tato technologie má však i své úskalí: takové čerpadlo je energeticky značně náročné, jeho výkon závisí na venkovní teplotě – s klesající účinností jednotky klesá. Navíc potřebuje další moduly pro ohřev vody a nelze jej integrovat do okruhů s jinými zdroji tepla.
   • “Voda-voda”. Využívá se tepelná energie nádrže nebo podzemní vody – nejlepší možnost, pokud jsou poblíž mělké vodní horizonty nebo nádrž, která v zimě zcela nezamrzne, což lze využít. Technologie je následující: ze studny je voda vedena čerpadly do topného okruhu – teplo jde do domu a ochlazená voda je vypouštěna speciální studnou. Pokud voda pochází z otevřené nádrže, může být vrácena do stejné nádrže na jiném místě. K provozu takového čerpadla potřebujete dostatečný objem vody a výkonná oběhová čerpadla, která navíc spotřebovávají elektřinu. Energetická účinnost takových tepelných čerpadel je přitom vysoká a více než kompenzuje přebytečnou energii vynaloženou na dopravu vody od zdroje ke spotřebiteli.
   • “vzduch-voda”. Teplo z venkovního vzduchu se využívá k ohřevu vody, která je následně přiváděna do topného systému. Stejně jako u čerpadla vzduch-vzduch je i v tomto případě účinnost tepelného čerpadla závislá na venkovní teplotě – čím je nižší, tím více energie bude potřeba k výrobě potřebného množství tepla. Při výběru čerpadla je tedy nutné vzít v úvahu průměrné roční teploty a počet mrazivých dnů. Výhodou tepelného čerpadla vzduch-voda je možnost dohřevu vody pomocí alternativních zdrojů energie (solární kolektory, solární panely), lze je využít v létě i mimo sezónu. K překonání špiček záporných teplot v zimě, kdy je výkon přenosu tepla výrazně snížen, se používají vestavěné nebo samostatné vodní elektrické ohřívače. Tato čerpadla se používají zpravidla v soukromých a bytových domech, městských domech a hotelech. Takový systém výměny tepla má poměrně nízké náklady na instalaci a rychlou návratnost, lze jej snadno integrovat do stávajícího topného systému.
   • “Voda-vzduch” – princip fungování je založen na využití energie vody ve studni nebo nádrži a jejím předání do systému ohřevu vzduchu. Toto schéma je podobné konceptu „voda-voda“ a je proveditelné pouze tehdy, jsou-li dostupné nebo organizované možné zdroje výroby tepla (zásobník, studna).
   • “Ledová voda” – pro ohřev vody v topném systému se využívá tepelná energie uvolněná při výrobě ledu. V procesu zmrazování 200 litrů vody můžete získat dostatek tepelné energie na vytápění malého domu na hodinu. Tento typ tepelného čerpadla dnes není příliš oblíbeným typem tepelného čerpadla, protože proces akumulace ledu je spojen se speciální technologií, kterou nelze použít ve většině komerčních a obytných budov.
   • “podzemní voda” – teplo je odebíráno přímo ze země pomocí horizontálního kolektoru nebo vertikálních vrtů a poté je posíláno do topného a / nebo teplovodního okruhu. Vzhledem k tomu, že teplota půdních vrstev v hloubce je pod bodem mrazu a je vždy kladná, je tento typ čerpadla téměř ideální pro celoroční použití. Má vysoký tepelný koeficient, snadnou regulaci a je schopen nepřetržitého provozu po mnoho let, avšak výstavba inženýrských sítí pro jeho připojení a provoz vyžaduje velké kapitálové náklady, účast vysoce kvalifikovaných odborníků a celkové náklady na práci a vybavení. bude vyšší než u všech ostatních typů tepelných čerpadel.
2. Typ zdroje tepla:
   • Geotermální čerpadla – přijímat tepelnou energii z vody nebo půdy. Mohou být uzavřeného nebo otevřeného typu.
   • Vzduchová čerpadla – zdrojem tepla je zde vzduch a to nejen venkovní, ale i vzduch z odsávacího větrání objektu.
   • Použití sekundárního tepla , jako je teplo z potrubí ústředního topení. Tato možnost je vhodná pro průmyslová zařízení, kde jsou zdroje tepla, které vyžadují likvidaci.
3. Způsobem přenosu energie:
   • Kompresní čerpadla Skládají se z kompresoru, expandéru, kondenzátoru a výparníku a jejich činnost je založena na cyklech komprese-expanze chladiva – v důsledku toho se uvolňuje teplo (viz obr. 1). Tento typ čerpadla je na trhu nejžádanější, je poměrně účinný, snadno ovladatelný a oblíbený mezi spotřebiteli díky nejnižší ceně.

Rýže. 1. Princip činnosti kompresního tepelného čerpadla.

Rýže. 2. Princip činnosti absorpčního tepelného čerpadla.

Výběr nejvhodnějšího tepelného čerpadla pro vytápění konkrétního objektu přímo závisí na více faktorech. Budeme o nich mluvit dále.

Jaké jsou zásady pro výběr systému?

Tepelné čerpadlo může být vhodné, pokud se instalace, zapojení nebo návratnost jiných topných systémů podle výpočtů ukáže jako ekonomicky nerentabilní, jako je tomu u energeticky náročných elektrokotlů. Před nákupem a instalací zařízení byste měli pečlivě zvážit situaci z různých úhlů.

1. Účel místnosti. Vzhledem k tomu, že účinnost různých typů čerpadel je různá, významnou roli při výběru jednotky by měl hrát objekt, pro který je zařízení určeno. Pokud se jedná o velký bytový dům, ve kterém se neustále zdržují lidé, musí tepelné čerpadlo zajišťovat spolehlivé a kvalitní vytápění domu a dodávku teplé vody po celý rok. V tomto případě jsou vhodná čerpadla např. typu vzduch-voda nebo geotermální čerpadlo (pokud je možné jej použít na místě). V případech, kdy je vyžadováno pouze občasné použití tepelného čerpadla pro vytápění prostor, bude optimální vysoce účinné tepelné čerpadlo vzduch-vzduch.
2. Přítomnost / nepřítomnost systému ústředního vytápění a teplé vody. Pokud takový systém existuje, a čerpadlo se používá pouze jako “uzavírka” v oddělených místnostech, pak je nutné vyhodnotit účinnost vzájemného působení systémů – bude tím větší, čím menší budou teplotní rozdíly mezi vytápěním prvky a zdroj tepla. Například by bylo rozumnější použít tepelné čerpadlo v tandemu s teplovodními podlahami než s klasickými radiátory (teplota chladicí kapaliny v podlahách je vždy nižší).
3. Oblast použití. Zde je nutné vzít v úvahu hodnoty teploty, vlastnosti půdy, přítomnost vodních útvarů a další geoklimatické podmínky. Například při příliš nízkých průměrných ročních teplotách bude použití čerpadla vzduch-vzduch neefektivní, protože v tomto případě bude jeho provoz příliš energeticky náročný a neefektivní. Pokud na místě není možné provést vrtné práce nebo není dostatek místa pro umístění horizontálního kolektoru, nebude možné instalovat čerpadlo země-voda. Řešením v tomto případě může být instalace čerpadla vzduch-voda. U budov umístěných v blízkosti vodních ploch nebo tam, kde je nutný nedostatek podzemní vody, lze použít čerpadlo voda-voda.
4. Oblast domu. Pokud vytápěná plocha přesahuje 250 m 2 a existuje možnost vrtání studní, pak bude čerpadlo půda-voda optimální. Pro domy menší než 200 m2 je ideální čerpadlo vzduch-voda. Pro malé byty, kanceláře nebo komerční prostory lze použít čerpadlo vzduch-vzduch.
5. Používejte jako kondicionér. V tomto případě lze použít tepelná čerpadla voda-voda nebo země-voda, která mají možnost pasivního chlazení (bez použití kompresoru). Všechny ostatní typy čerpadel budou místnost aktivně ochlazovat, takže provozní náklady v teplé sezóně mohou být vyšší.
6. Přítomnost ventilačního systému. Pokud je k dispozici, pak integrací tepelného čerpadla do něj lze systém efektivně využít pro ohřev vzduchu. Toto instalační schéma je obvykle vhodné pro administrativní a kancelářské budovy, ale i sportovní areály, kde je mechanická ventilace nutností.

Dalším důležitým faktorem výběru je cena zařízení. Může se lišit v závislosti na typu tepelného čerpadla, značce, zemi výroby a mnoha dalších faktorech.

Náklady na topné systémy s tepelným čerpadlem

Při výběru tepelného čerpadla jako hlavního prvku topného systému je třeba pamatovat na to, že konečné náklady budou zahrnovat nejen cenu samotného čerpadla (zařízení), ale také náklady na dodatečné inženýrské systémy, spotřební materiál a instalační práce.

Jak již bylo zmíněno, nejlevnější jsou čerpadla vzduch-vzduch. Cena zařízení zde začíná od 35 000 rublů za vysoce účinnou jednotku pro místnosti do 20–30 m 2: tyto náklady lze extrapolovat na velké plochy. Jako plnohodnotný systém vytápění však lze tato tepelná čerpadla používat pouze v jižních oblastech, v Rusku je to relevantní pro klimatické zóny černomořského pobřeží Kavkazu a Krymu s odhadovanými zimními teplotami v rozmezí od – 5ºС až -7ºС. Cena instalace takového tepelného čerpadla zpravidla nepřesahuje náklady na instalaci klimatizace split systému a pohybuje se od 7500 16 do 000 100 rublů. Mělo by být také zřejmé, že podle požadavků SNiP (stavebních předpisů a předpisů) platných v Ruské federaci vyžaduje použití systému ohřevu vzduchu v obytných a administrativních prostorách povinnou přítomnost XNUMX% redundance výkonu ohřevu vzduchu. Tepelná čerpadla vzduch-vzduch se proto obvykle používají v soukromém sektoru.

Systémy vytápění a TUV pro dům o ploše asi 100-150 m 2 pomocí tepelného čerpadla vzduch-voda budou vyžadovat vážnější náklady. Jednak je nutné kromě čerpadla dokoupit další vybavení: expanzní nádoby, oběhové čerpadlo, nepřímotopnou nádrž (kotel), dále vybavit vytápěné zóny vysoce účinnými uzávěry – termokonvektory / radiátory a/nebo vybavit je systémem teplých (vodních) podlah. Prvky tepelného čerpadla i spotřebiče jsou vzájemně propojeny vodovodním potrubím, což znamená, že instalace tohoto systému musí být spojena s výstavbou nebo rekonstrukcí zařízení. Navíc budete muset hodně zaplatit za instalaci a uvedení do provozu. V průměru bude konečná cena řešení pro dům o rozloze asi 100 m 2 od 500 000 rublů s velmi skromným rozpočtem.

Nejdražší jsou geotermální čerpadla. V tomto případě budete muset vynaložit peníze na samotné zařízení a na instalaci, která zahrnuje zemní práce, uspořádání studní a kolektorů, zavedení potrubí do domu, instalaci a potrubí samotného čerpadla, instalaci pomocných zařízení (radiátory, konvektory, podlahové vytápění), plus připojení celého komplexu zařízení a uvedení do provozu.

V průměru bude zařízení a jeho instalace pro dům o rozloze 100 m 2 stát od 700 000 rublů, pro dům 200 m 2 – od 1 milionu rublů.

Tepelná čerpadla představují moderní, ekonomický a ekologický způsob výroby tepelné energie. Návratnost tepelných čerpadel je velmi vysoká a při správné organizaci topného systému zařízení, stejně jako při správné izolaci stěn a stropů budovy, to může být skvělá alternativa k tradičním ruským elektrickým a dieselovým kotlům. , dále kotle na zkapalněný plyn a palivo na pelety. V případě instalace tepelného čerpadla pro spotřebitele nabývá na důležitosti otázka zajištění stabilního hlavního napájení objektu a také dostupnosti nouzového zdroje elektřiny: při dlouhém výpadku proudu je provoz tepelné čerpadlo musí být udržováno pomocí autonomního generátoru.

Parmon Anna Sergeevna Vedoucí redaktor

Tepelná čerpadla jsou bezpochyby velmi slibná a jejich design se neustále zdokonaluje. V některých západoevropských zemích, jako je Německo, Švédsko a Norsko, vlády částečně dotují nákup a instalaci takových systémů, aby přiměly obyvatelstvo k přechodu na ekologické a energeticky účinné systémy vytápění.

Výrobci klimatizací: rozumíme sortimentu klimatického zařízení

Nástěnné klimatizace: jak vybrat klimatizační zařízení a kolik očekávat?

VRF systémy: jaké jsou vlastnosti vícezónových klimatizačních systémů a jaká je jejich cena

© 2023 Argumenty a Fakty JSC Generální ředitel Ruslan Novikov. Igor Chernyak, šéfredaktor týdeníku Argumenty i Fakty. Denis Khalaimov, ředitel pro rozvoj digitálního směru a nových médií na AiF.ru. Šéfredaktor webu AiF.ru Vladimir Shushkin.

Mediální výstup aif.ru je registrován u Federální služby pro dohled nad komunikacemi, informačními technologiemi a hromadnými komunikacemi (ROSKOMNADZOR), registrační číslo El No. FS 77-78200 ze dne 06. dubna 2020. Zakladatel: Arguments and Facts JSC. Webová stránka aif.ru funguje s finanční podporou Federální agentury pro tisk a masovou komunikaci.

Hlavní redaktor webu: Shushkin V.S. e-mail: karaul@aif.ru, tel. 8 495 783 83 57. 16+

Všechna práva vyhrazena. Kopírování a používání úplných materiálů je zakázáno, částečná citace je možná pouze s hypertextovým odkazem na stránku aif.ru.

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.