Vykurovanie tepelným čerpadlom
9. 12. 2021Cieľom modelového príkladu je porovnanie nákladov na nasadenie plynového a elektrického tepelného čerpadla. Tepelné čerpadlo (ďalej len „TČ“) má byť v prevedení pre externé prostredie , nakoľko v zdravotnom stredisku sa nenachádza priestor pre dodatočné zriadenie kotolne.
1. POPIS ZDROJA A TECHNICKÁ CHARAKTERISTIKA PROJEKTU
Objekt, zdravotné stredisko potrebuje zabezpečiť vykurovanie priestorov a celoročnú prípravu teplej úžitkovej vody (ďalej len „TÚV“). Po zateplení budovy a vyregulovaní sústavy, predstavuje odhadovaná potreba tepla hodnotu 64 635 kWh (vrátane prípravy TÚV). Zdroj na vykurovanie a prípravu TÚV má mať výkon 42 kW. Výstupná teplota pracovnej látky zo zdroja má byť 65°C (jestvujúci vykurovací systém a hygienické dôvody). Zariadenie má využívať v čo najväčšej miere obnoviteľné zdroje energie.
Tepelné čerpadlo môže získavať energiu z troch základných zdrojov:
- Vzduch (typ vzduch / voda)
- Voda ( typ voda / voda). Systém nie je možné použiť z dôvodu nemožnosti vyhĺbenia studní na čerpanie a zatláčanie vody, z ktorej by TČ odoberalo tepelnú energiu. V danej lokalite sa nenachádza spodná voda, resp. nachádza sa vo veľkých hĺbkach a s nedostatočnou výdatnosťou.
- Zem (typ zem / voda). Zdravotné stredisko nemá dostatočne veľký pozemok na zriadenie kolektorov.
Tepelné čerpadlo vzduch / voda
TČ typu vzduch / voda využívajú k ohrevu pracovnej kvapaliny teplo okolitého vzduchu. Z dôvodu, že teplo sa získava práve z okolia TČ, musí byť umiestnené tak, aby malo prístup vzduchu a napriek tichému chodu – najmä v noci – neobťažovala svoje okolie hlukom. TČ bude umiestnené na streche zdravotného strediska.
Princíp elektrického TČ
Tepelné čerpadlo je zložené z dvoch výmenníkov tepla (kondenzátor a výparník), v ktorých prebieha prenos tepelnej energie, kompresora a škrtiaceho (expanzného ventila).
Vzduch (miesto, odkiaľ sa odoberá teplo) odovzdá pracovnej látke vo výparníku časť svojej tepelnej energie. Pracovná látka sa vo výparníku (výmenník tepla) vyparuje a mení svoje skupenstvo z mokrej pary na stav nasýtenej pary. Aby tento jav nastal, musí byť pracovnej látke dodaná energia vo forme tepla. Kompresor odsáva pracovnú látku z výparníka vo forme nasýtenej pary a stláča ju na potrebný tlak, pri ktorom nasýtená para kondenzuje, čím sa uvoľní teplo. Teplo sa cez steny kondenzátora odovzdá vykurovaciemu systému a na prípravu TÚV.
Ďalej pracovná látka prúdi cez škrtiaci ventil, v ktorom sa tlak zníži z tlaku kondenzačného na tlak výparný a prúdi ďalej do výparníka. Celý proces sa opakuje. (Obrázok č. 1)
Obr.1: Schéma elektrického tepelného čerpadla.
Z dôvodu vzniku námrazy na výparníku je potrebné zabezpečiť jeho odmrazovanie. Dosahuje sa to prostredníctvom striedanie prevádzkového cyklu.
Princíp plynového TČ
Vo všeobecnosti je plynové TČ vhodné pre objekty s tepelnou stratou nad 20 kW.
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 elektrického 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) vodou a táto zmes sa pomocou čerpadla opäť vracia do vypudzovača (Obrázok č. 2)
Podobne ako pri kompresorovom chladiacom zariadení v kondenzátore pary pracovnej látky skondenzujú a odovzdajú teplo. V škrtiacom ventile dochádza k poklesu tlaku z kondenzačného na výparný. Vo výparníku pracovná látka odoberie časť tepla z chladenej látky a vyparí sa. Pracovná látka prúdi do termokompresora, ktorého princíp spočíva v pohlcovaní pracovnej látky inou pracovnou látkou pri nižšom tlaku a teplote a vypudením pri vyššom tlaku a teplote. Vzniknutý rozdiel tlakov zabezpečí, tak isto ako pri kompresore, prúdenie pracovnej látky zariadením.
Obr.2: Schéma plynového tepelného čerpadla
V zimnom období má plynové tepelné čerpadlo vysoký tepelný výkon aj pri nízkych vonkajších teplotách vzduchu, jeho účinnosť je trvalá až do teploty – 20°C.
Pri vzniku námrazy na výparníku je potrebné zabezpečiť jeho odmrazovanie. Dosahuje sa to prostredníctvom využitia tepla z tepelného zdroja, preto nie je vôbec potrebné striedanie prevádzkového cyklu tak ako je to pri elektrických TČ. Po odstavení je taktiež dosahované veľmi rýchle zahriatie vykurovacieho média.
2. ZÁKLADNÉ VSTUPY A VÝSTUPY
3. EKONOMIKA PROJEKTU
Cieľom analýzy je porovnanie nákladov na nasadenie plynového a elektrického TČ. TČ má byť v externom prevedení, typ TČ vzduch / voda.
POROVNANIE RIEŠENÍ
POROVNANIE NÁKLADOV
4. ZÁVERY A ODPORÚČANIA
Použitie TČ pri výkonoch nad 20 kW má významný ekonomický prínos. Nie je potrebné budovať kotolňu, je ho možné inštalovať priamo do externého prostredia napr. na strechu budovy.
Plynové TČ nie je v porovnaní s elektrickým TČ citlivé na vonkajšiu teplotu, sezónne výkonové číslo (SCOP) sa nemení tak významne ako pri elektrickom.
Pri vzniku námrazy na výparníku je potrebné zabezpečiť jeho odmrazovanie. Dosahuje sa prostredníctvom využitia tepla z tepelného zdroja, preto nie je vôbec potrebné striedanie prevádzkového cyklu, tak ako je to pri elektrických TČ. Po odstavení je taktiež dosahované veľmi rýchle zahriatie vykurovacieho média.
Plynové TČ sú spravidla lacnejšie ako elektrické (v rámci tej istej kategórie), pri niektorých sofistikovaných modeloch je cena plynového TČ až o 50% nižšia. Úspory energií pri vyšších výkonoch nie sú zanedbateľné. V modelovom príklade predstavuje úspora prevádzkových nákladov plynového TČ vynaložených na energie (rozdiel prevádzkových nákladov pri použití plynového a elektrického TČ) sumu 1 092 € / rok.
Výhody plynových TČ
- moderný a energeticky účinný systém,
- vysoký tepelný výkon,
- jednoduchá inštalácia,
- nevyžadujú žiadnu špeciálnu údržbu – ročný servis TČ s výkonom do 42 kW je do 50€ /rok,
- nižšia cena ako TČ voda/vzduch,
- z dôvodu, že na dosiahnutie požadovaného výkonu potrebujú oveľa menej energie – výrazne znižujú tvorbu emisií a skleníkových plynov nízka hlučnosť (kvalitné výmenníky tepla a tiché ventilátory),
- nie je potrebná kotolňa, ani zemné práce,
[1] Pohon obehového čerpadla v TČ
Zdroj: Prevádzkovateľ Internetových stránok