Plynové tepelné čerpadlo

Tepelné čerpadlo (ďalej len „TČ“) je v princípe chladiaci stroj s iným chápaním jeho funkcie. Z chladiaceho stroja sa využíva jeho chlad, z TČ teplo. Trendom pri súčasných cenách energií je znižovať celkové náklady na krytie tepelných strát, tepelných ziskov (chladenie) a prípravu teplej úžitkovej vody.

Obr.1: Plynové tepelné čerpadlo (ilustračný obrázok)

Znížiť náklady na tepelnú energiu je možné tromi základnými spôsobmi a/alebo ich kombináciou (zoradené podľa finančnej náročnosti):

1. vyregulovaním vykurovacej sústavy a inteligentným riadením vykurovacieho systému,
2. zvýšením tepelného odporu plášťa budovy (zateplenie, výmena okien, dverí, odstránenie tepelných mostov),
3. výmenou jestvujúceho zdroja tepla a/alebo chladu:

•  za zariadenie s vyššou účinnosťou pri zachovaní palivovej základne,
• zmenou palivovej základne za inú ekonomicky výhodnejšiu.

Hlavným dôvodom pre kúpu a inštaláciu TČ je zníženie prevádzkových nákladov na krytie tepelných strát budov, resp. pri reverzných TČ  výroba chladu pre chladenie príp. klimatizáciu  priestorov. Poprípade je k dispozícii dostatočne veľký zdroj nízkopotenciálneho tepla. Tepelná účinnosť TČ sa pohybuje podľa spôsobu prevedenia[1] a podmienok od 140 % až po 185%. Počiatočné vysoké investičné náklady sa vrátia práve na dosiahnutých úsporách primárnej energie.

Prevádzkové náklady TČ práve z dôvodu vysokej tepelnej účinnosti (v porovnaní s klasickými tepelnými zariadeniami) sú na úrovni prevádzkových kotlov na spaľovanie dreva, resp. drevnej štiepky a pritom poskytujú komfort plynových kotlov (odpadá manipulácia s palivom a popolom, príprava paliva na zimnú prevádzku, nutnosť zriadenia skladovacích priestorov a podobne).

Princíp plynových absorpčných TČ

Na kompresiu chladiacej látky je u plynového TČ využitá tepelná energia, ktorá vzniká horením zemného plynu (v časti TČ, ktorá je technický a funkčne totožná s klasickým plynovým kotlom) a nie kompresor, ako je to v prípade bežných elektrických TČ. Ohriatím zmesi vody a chladiacej látky dochádza k odpareniu chladiacej látky a nárastu tlaku v celom okruhu. Na konci okruhu je chladiaca látka opäť pohltená (absorpcia) naspäť do vody a táto zmes sa pomocou pumpy opäť vracia do varáku (Obrázok č. 2).

Príklad:

Obr.2: Princíp plynového absorpčného TČ 

V kondenzátore pary pracovnej látky skondenzujú a odovzdajú teplo potrebné na vykurovanie, v škrtiacom ventile dochádza k poklesu tlaku z kondenzačného na výparný. Vo výparníku pracovná látka odoberie časť tepla z okolia a vyparí sa. Pracovná látka prúdi do termokompresora, ktorého princíp je založený na pohlcovaní pracovnej látky inou pracovnou látkou pri nižšom tlaku a teplote a vypudená pri vyššom tlaku a teplote. Vzniknutý rozdiel tlakov zabezpečí, tak isto ako pri kompresore, prúdenie pracovnej látky zariadením.

Výhody použitia absorpčného TČ v porovnaní s elektrickým TČ:

• cena plynového absorpčného TČ je nižšia ako elektrického TČ (až cca o 56%[2]),
• rôzne výkonové rady – možnosť použitia od rodinných domov po bytové domy.
• TČ nemá žiadne pohyblivé časti (elektromotor, kompresor) – jednoduchší servis, údržba,vyššia životnosť,
• nevyžaduje doplňovanie chladiacej látky (dokonale uzatvorený okruh),
• zníženie spotreby elektrickej energie,
• nie je potrebné posilňovať elektrickú prípojku,
• malý núdzový elektrický záložný zdroj (IBA na pohon obehových čerpadiel, t.j. cca 1 kW),
• 1 kWh tepla získané zo ZP je spravidla lacnejšie ako 1 kWh z elektrickej energie,
• prevádzkové náklady sú na úrovni výroby tepla z tuhého paliva (drevo, štiepka) +komfort (ekonomické a komfortné dôvody),
• neprerušené vykurovanie aj počas odmraziavacieho cyklu,[3]
• za predpokladu využitia TČ aj na chladenie  – možná kombinácia s využitím solárnej energie – zníženie prevádzkových nákladov. Dodatočný dohrev kotlom na ZP.

Plynové klimatizačné jednotky

Zabezpečenie tepelnej pohody v letných mesiacoch je možné dosiahnuť inštaláciou chladiacich resp. klimatizačných jednotiek. Vo väčšine prípadov sa jedná o jednotku s kompresorovým chladením.  Aplikovanie, resp. inštalácia kompresorovej chladiacej jednotky nemá negatívny dopad na množstvo distribuovaného plynu, ale za predpokladu inštalácie absorpčných chladiacich jednotiek, resp. reverzibilných absorpčných TČ dôjde k zvýšeniu distribúcie ZP aj počas letných mesiacov.

Princíp absorpčnej klimatizačnej jednotky je totožný s princípom absorpčného TČ (Obrázok č. 1), ale je možné zvýšiť účinnosť takejto jednotky využitím solárnej energie, čo bude mať významný vplyv na ekonomiku nasadenia takejto jednotky. Zemný plyn bude využívaný iba na pohon absorpčnej jednotky v noci. (Obrázok č. 3)

Spôsob použitia:

• inštalácia reverzibilných TČ (zima-kúrenie/leto-chladenie),
• inštalácia absorpčnej chladiacej jednotky výlučne za účelom výroby chladu. Výkon absorpčnej jednotky bude nižší ako pri nasadení TČ.

Obr.3:  Princíp absorpčného chladiaceho okruhu s využitím solárnej energie

Výhody použitia absorpčného TČ, resp. absorpčnej chladiacej jednotky v porovnaní s kompresorovým chladením  

• rôzne výkonové rady – možnosť použitia od rodinných domov po bytové domy,
• TČ, resp. absorpčné chladiace jednotky nemajú žiadne pohyblivé časti (elektromotor, kompresor) – jednoduchší servis, údržba, vyššia životnosť,
• nevyžaduje doplňovanie chladiacej látky (dokonale uzatvorený okruh),
• zníženie spotreby elektrickej energie,
• nie je potrebné posilňovať elektrickú prípojku,
• malý núdzový elektrický záložný zdroj (IBA na pohon obehových čerpadiel, t.j. cca 1kW),
• zníženie prevádzkových nákladov využitím solárnej energie. Dodatočný dohrev kotlom na ZP podľa potreby,
• možnosť využívať iný zdroj tepla – napr. prebytkové teplo z kogeneračných jednotiek a pod.

[1] voda/voda, voda/vzduch, vzduch/vzduch a zdroj tepla – voda, vzduch, zem