Teplo skryté okolo nás

teplo skryte okolo nas

Tradičné spôsoby vykurovania zemným plynom či elektrinou dnes môžeme nahradiť viacerými alternatívami. Jednou z nich je využitie tepla, ktoré je naakumulované všade okolo nás – vo vzduchu, zemi i podzemnej vode. Pod prírodným teplom si nemusíme hneď predstavovať termálne pramene. Tepelné čerpadlá – zariadenia, ktoré dokážu odoberať a spracúvať prírodné teplo – sú omnoho skromnejšie. Na výrobu tepla pre domácnosť im stačí voda, zem či vzduch. Tie z nášho pohľadu považujeme za studené, ba mrazivé. Kúpa tepelného čerpadla síce predstavuje pomerne nákladnú investíciu, jej návratnosť je však vzhľadom na rast cien fosílnych palív čoraz kratšia. Tepelné čerpadlo totiž patrí k veľmi úsporným zariadeniam na vykurovanie.

Teplo po celý rok
Potrebnú tepelnú pohodu a dostatok teplej vody po celý rok môže zabezpečiť práve tepelné čerpadlo. To dokáže odoberať teplo z nízkoenergetických tepelných zdrojov, ktoré by sa inak nedali na tento účel využiť. Čerpadlo s nízkym elektrickým príkonom môžeme použiť na vykurovanie domácnosti, prípravu teplej vody, ohrev vody v bazéne a niektoré typy dokonca aj na klimatizáciu priestorov v letnom období. Činnosť tepelného čerpadla je založená na princípe termodynamického chladiaceho obehu. Tepelná energia sa zo vzduchu, vody či pôdy dostáva v kvapalnej forme do výmenníka tepla (výparníka zariadenia), kde dochádza k jej vyparovaniu. Para sa odvádza do vysokotlakovej časti (kondenzátora zariadenia), kde stláčaním opäť kondenzuje na kvapalinu. Pri stláčaní v kondenzátore vzniká teplo, ktoré môžeme využiť na vykurovanie a iné ohrievacie tepelné procesy. Aby v tepelnom čerpadle prebiehala spomínaná tepelná výmena, musíme, samozrejme, do systému dodať pohonnú elektrickú energiu. Efektívnosť ohrevného systému sa potom meria pomerom množstva získanej nízkoteplotnej energie k množstvu pohonnej energie zariadenia. Tento pomer nazývame výkonové číslo. Čím väčšiu hodnotu výkonové číslo dosahuje, tým viac tepelnej energie čerpadlo vyrobí.

Výber tepelného zdroja

Pri výbere vhodného zdroja tepla musíme zvážiť miestne podmienky, v ktorých budeme čerpadlo využívať. Na výber máme tri základné zložky – zem, vzduch a vodu. Geotermálne teplo – a čiastočne aj slnečné žiarenie – ktoré je obsiahnuté v zemskej kôre, sa využíva nepriamo, prostredníctvom nemrznúcej a ekologicky neškodnej teplonosnej kvapaliny. Teplo sa dá získať dvoma spôsobmi – z plošného zemného výmenníka a uložením výmenníka do zemného vrtu. Plošný zemný výmenník je vlastne potrubie, ktoré vzdialene pripomína podlahové kúrenie. Je uložené vo výkope v takej hĺbke, kde už pôda nezamŕza (približne 1,5 až 2 m). Pôda je spoľahlivým zdrojom tepla, plošný zemný výmenník je však pomerne náročný na priestor a zaberie veľkú plochu pozemku. To obmedzí niektoré aktivity v dotknutom priestore, napr. vysádzanie väčších drevín či stavebnú činnosť. Výmenník uložený do zemného vrtu je hlboký 80 až 150 m. Zaberá tak minimálnu plochu, jeho vyvŕtanie je však investične náročnejšie.

Ďalším zdrojom prírodného tepla je podzemná a povrchová voda. Podzemná voda má počas celého roka stabilnú teplotu a tepelné čerpadlo ju môže využívať v teplotnom rozpätí okolo 8 až 12 °C pri výdatnosti podzemného zdroja 0,4 až 0,8 l na každých 10 kW požadovaného tepelného výkonu. V tepelnom čerpadle sa voda ochladí a vracia sa späť do podložia tzv. vsakovacou studňou. Získaná energia sa v čerpadle pomocou výmenníka tepla odovzdáva vykurovaciemu médiu. Tepelné čerpadlá, pri ktorých je zdrojom tepla voda, dosahujú vysoké hodnoty výkonového čísla. Veľmi dôležité je preveriť výdatnosť studne čerpacím pokusom. Ak je teplota podzemnej vody menšia ako 7 °C, tento systém získavania tepla sa stáva nefunkčným. Najľahšie dostupným zdrojom je vzduch. Jeho nevýhodou je, že práve vo vykurovacej sezóne dosahujú teploty vonkajšieho vzduchu veľmi nízke hodnoty, čím sa efektívnosť prevádzky vzduchového tepelného čerpadla výrazne znižuje. Výhodou je však ľahká dostupnosť zdroja a nízke náklady na jeho vybudovanie.

Spôsoby vykurovania
Tepelné čerpadlo môžeme prevádzkovať viacerými spôsobmi. Ak sa stane jediným zdrojom tepla, hovoríme o monovalentnej prevádzke. Takto môžu pracovať tepelné čerpadlá, ktoré využívajú tepelné zdroje s konštantnou teplotou, teda podzemnú vodu a zemskú kôru. O monoenergetickej vykurovacej prevádzke hovoríme, ak tepelné čerpadlo pracuje do určitej vonkajšej teploty. V prípade poklesu teploty pod určenú hranicu sa zapína aj prídavný elektrický ohrev. Ak sa po poklese teploty tepelné čerpadlo celkom vypne a nahradí ho iný zdroj tepla, hovoríme o bivalentnom spôsobe vykurovania. Vzduch ako nízkopotenciálny zdroj tepla môžeme využiť všetkými tromi spomínanými spôsobmi vykurovania.

Systém prevádzky

Prevádzka tepelného čerpadla má v porovnaní s iným typom vykurovacieho systému úplne odlišné požiadavky. Bežné regulačné ventily kúrenia, zmiešavacie ventily a bojlery sú zvyčajne na optimálnu prevádzku s tepelným čerpadlom nevhodné. Kým pri bežných vykurovacích zariadeniach sú náklady na energiu takmer nezávislé od pracovnej teploty, pri tepelnom čerpadle je to práve naopak. Jedným z najdôležitejších kritérií pre jeho optimálne dimenzovaný vykurovací okruh je dodržiavanie čo najnižšej pracovnej teploty. Obzvlášť dôležitá je preto voľba vhodného nízkoteplotného vykurovacieho systému, napríklad podlahového či stenového vykurovania. Pritom platí, že o koľko je nižšia pracovná teplota vykurovacieho média, o toľko sú nižšie prevádzkové náklady. Keďže treba dodržiavať minimálne obehové množstvo tepelnej energie, ďalšou zásadou je, aby sa pri zapnutom tepelnom čerpadle vznikajúca tepelná energia čo najrýchlejšie odoberala. Podlahové kúrenie, radiátory alebo bojler musia mať teda dostatočnú kapacitu a zároveň musia byť nastavené tak, aby mohli z tepelného čerpadla prevziať vznikajúce množstvo tepla.

Tepelné čerpadlá zem – voda. Teplo obsiahnuté v zemi, tzv. geotermálne teplo, sa zvyčajne využíva nepriamo. Získava sa vo vhodnom výmenníku tepla – zemnom kolektore – a cirkulačným okruhom sa odvádza do výparníka tepelného čerpadla pomocou teplonosnej kvapaliny, ktorej cirkuláciu zabezpečuje obehové čerpadlo. Pri cirkulácii sa kvapalina vo výparníku tepelného čerpadla ochladzuje a v zemnom kolektore sa znova ohrieva geotermálnym teplom. Tepelné čerpadlá využívajúce geotermálne teplo prostredníctvom zemného kolektora sa označujú ako zem – voda.
Tepelné čerpadlá vzduch – voda. Vzduch je ako zdroj tepla najdostupnejší. Výhodou tepelných čerpadiel odoberajúcich teplo zo vzduchu je možnosť ich celoročného veľmi efektívneho využívania na prípravu teplej vody alebo aj na ohrev bazénovej vody.
Tepelné čerpadlá voda – voda. Geotermálne teplo obsiahnuté v podzemnej vode využívajú tepelné čerpadlá označované ako voda – voda. Teplo sa z podzemnej vody získava tak, že voda sa čerpá z čerpacej studne do výparníka tepelného čerpadla. V ňom sa ochladí a ochladená sa vracia do druhej, tzv. vsakovacej studne. Pri prietoku medzi oboma studňami sa voda v zemi opäť ohreje. Voda musí byť dostatočne čistá a v dostatočnom množstve s minimálnou teplotou +8 °C.


Úspora verzus investície
Prevádzkové náklady tepelných čerpadiel na vykurovanie a prípravu teplej vody sú v porovnaní s inými vykurovacími telesami najnižšie. Často sa však diskutuje o vysokých investičných nákladoch. Ak zoberieme do úvahy stále sa zvyšujúce ceny plynu, investičné náklady pri tepelnom čerpadle sa už nejavia ako prehnane drahá záležitosť. Najmä ak si uvedomíme, že pri plynovom vykurovaní tvorí celkovú investíciu nielen plynový kotol, ale aj nevyhnutné náklady na riešenie odťahu spalín, a tiež náklady na zriadenie plynovej prípojky.

Tip: Všetok nábytok a bytové doplnky na jednom mieste



Hoci na Slovensku sa tepelné čerpadlá ešte stále považujú za čosi nové a neoverené, v okolitých štátoch sa táto technológia už bežne používa. Najrozšírenejšia je v Japonsku, kde podiel tepelných čerpadiel na vykurovaní dosahuje až 20 %. Vo Švédsku je to 9,4 %, v USA 6,9 % a v Španielsku 5 %. Vo Švajčiarsku je tepelnými čerpadlami vybavená viac ako jedna tretina nových domácností.

Jedným z najvýznamnejších sektorov spotreby energie na Slovensku sú domácnosti, kde sa na spotrebe primárnych zdrojov energií podieľa najmä vykurovanie a ohrev teplej vody. Tepelné čerpadlá predstavujú veľký potenciál na využitie systémov pracujúcich na báze obnoviteľných zdrojov energie. Vedú nielen k znižovaniu spotreby primárnych energetických zdrojov, ale aj k zlepšovaniu kvality životného prostredia.

Text: Ing. Ľubica Šimkovicová
Foto: archív autorky, Junkers, Viessmann
Zdroj: časopis Urob si sám

Komentáre

Pridaj komentár

Emailová adresa nebude zverejnená, poskytnutá iným osobám ani na ňu nebudeme nič posielať. Je však nutná na prevádzku diskusií. Pozrite si naše podmienky spracovania osobných údajov. Ak sa vám nechce zakaždým zadávať prezývku a email, využite možnosť bezplatnej registrácie.