Je vytápění vzduch-vzduch užitečné?

Tepelná čerpadla jsou zařízení navržená tak, aby poskytovala maximální komfort v kteroukoli roční dobu. Při -30 nebo +40 stupních Celsia bude tepelné čerpadlo schopno udržovat požadovanou teplotu v místnosti.

Mezi jejich nepopiratelné výhody: zvýšená energetická účinnost; široký rozsah provozních teplot; funkce, které zajišťují stabilní provoz kompresoru i při extrémně nízkých teplotách.

Tepelná čerpadla vzduch-vzduch pro domácnost jsou výborným zdrojem přitápění a také fungují jako klimatizace pro chlazení v teplém období.

Princip činnosti invertorové klimatizace a tepelného čerpadla vzduch-vzduch je stejný. Ale řada neopatrných prodejců vydává obyčejné invertorové klimatizace, často ani ne určené pro vytápění pod -7°C, za tepelná čerpadla.

Jaký je zásadní rozdíl?

Tepelné čerpadlo funguje pro chlazení stejně jako běžná invertorová klimatizace, ale na rozdíl od základního invertoru funguje efektivněji pro vytápění při nízkých venkovních teplotách.

Toho je dosaženo prostřednictvím:

— zvětšená plocha výměníku tepla (1,5-2 krát větší než u konvenční invertorové klimatizace);

— změny výkonu kompresoru, použití inteligentních elektrických ohřívačů vany venkovní jednotky a použití technologie „teplého startu“ (předehřívání) k ochraně ventilátoru a kompresoru tepelného čerpadla;

— speciální „firmware“ řídicí desky a použití unikátních patentovaných operačních algoritmů (softwaru).

Pro zajištění vysoce účinného provozu klimatizace v jakémkoli teplotním rozsahu, zejména v režimu vytápění při záporných venkovních teplotách až do mínus 15 °C a méně, aby se zabránilo tvorbě ledu na tepelném výměníku venkovní jednotky, klimatizace se přepne do režimu odmrazování.

Standardní program odmrazování venkovní jednotky od jiných výrobců probíhá podle přednastaveného časovače, to znamená v průměru 10 minut odmrazování na každých 50 minut provozu. V souladu s tím se elektřina nespotřebovává, když je skutečně potřeba, ale jednoduše, když přijde čas podle časovače.

V klimatizacích Cooper&Hunter program díky systému Inelligent Defrosting spustí proces odmrazování pouze tehdy, když je to skutečně nutné. Zároveň je výrazně snížena spotřeba energie na zbytečné cykly odmrazování a maximálního komfortu je dosaženo prodloužením doby nepřetržitého provozu klimatizace.

Všechny modely tepelných čerpadel vzduch-vzduch od Cooper&Hunter jsou určeny pro země s drsnými klimatickými podmínkami a jsou úspěšně provozovány v severní části Finska a Kanady.

Proces vypadá takto:

studený venkovní vzduch je poháněn ventilátorem přes výměník tepla umístěný ve venkovní jednotce systému. Freon v něm přítomný má teplotu výrazně nižší než je teplota venkovního vzduchu, proto existují dvě prostředí: jedno teplejší a druhé chladnější. Energie z teplejšího prostředí (venkovního vzduchu se zápornou teplotou) se tak přenáší do chladnějšího prostředí (freon s „nižší“ teplotou). V důsledku toho se freon vypařuje a odebírá vnějšímu vzduchu tepelnou energii – výparné teplo.

Při vstupu do kompresoru je plyn stlačen do takové míry, že kondenzuje ve výměníku tepla vnitřní jednotky klimatizace – kondenzátoru.

Při přeměně do kapalného skupenství předá chladivo působením radiálního ventilátoru zvolenou energii – kondenzační teplo – vnitřnímu vzduchu procházejícímu kondenzátorem a ohřívá vnitřní vzduch v obsluhované místnosti.

Tlak kapalného freonu klesá po průchodu expanzním ventilem, načež chladivo opět spěchá do výparníku.

Je důležité vědět, že kompresory tepelných čerpadel jsou řízeny pomocí invertorové technologie, která snižuje nebo zvyšuje užitečný výkon na příkaz mikrokontroléru.

Při kompresi plynného freonu kompresor dodává vlastní tepelnou energii, která je výsledkem přeměny přijaté elektrické energie z elektrické sítě na tepelnou energii.

Vzduchová tepelná čerpadla Cooper&Hunter pracují stabilně až do venkovní teploty -30°C, i když jejich výkon znatelně klesá i při -15°C. V produktové řadě C&H je 7 řad, které představují tepelná čerpadla. V této recenzi se podíváme na jejich výhody a vlastnosti.

Tepelné čerpadlo vzduch-vzduch COOPER&HUNTER řady VIP INVERTER (FTXHV-B)

Podívejme se podrobně na tato dvě kritéria pro topný systém založený na použití tepelného čerpadla.

Princip činnosti

Toto zařízení lze pouze podmíněně nazvat čerpadlem. Jeho úkolem je přenést (čerpat) nekvalitní tepelnou energii od jejího zdroje ke spotřebiteli, který má vyšší teplotu. Zjednodušeně řečeno, domácí tepelné čerpadlo přenáší energii ze studeného tělesa (stejně nějaké má) do horkého.

Z termodynamického hlediska je provoz tepelného čerpadla podobný jako u chladničky. Energii odebírá také z chladnějších těles, která jsou díky tomu ochlazována ještě více, do teplejších – vzduch místnosti, kde je jednotka umístěna. Proto je konstrukce těchto zařízení podobná a sestává z:

• kompresor;
• primární tepelný okruh (výparník);
• sekundární tepelný okruh (kondenzátor);
• škrticí klapka (expanzní ventil).

V systému cirkuluje chladivo s bodem varu minus 55 0 C Jedná se stále o stejný freon nebo freon. Takže i mrazivý vzduch o teplotě minus 30 0 C jej odpaří, tedy předá mu své teplo.

Nyní vám řekneme, jak tepelné čerpadlo funguje. V jeho schématu hraje roli výparníku vnější prostředí. Může to být půda (voda) nebo venkovní vzduch. V prvním případě je primární tepelný okruh tvořen plastovými trubkami, které jsou buď svisle nebo vodorovně uloženy v zemi. Při vertikálním uspořádání lze z každého metru takového potrubí odebrat až 50 W tepla. To znamená, že k vytápění domu o rozloze 100 m2 ve středním Rusku (je potřeba 1 W tepla na 2 m100) je zapotřebí 200 m potrubí. Obvykle se vrtá 6 vrtů do hloubky 35 metrů. Pro severní oblasti Ruska (je potřeba 1 W tepla na 2 m 200) je stopáž potrubí zdvojnásobena.

V případě vodorovného uspořádání lze z jednoho metru potrubí odebrat pouze 20 W tepla. V souladu s tím je zapotřebí 500 m a 1000 m potrubí.

Provoz tepelného čerpadla je následující. Zatímco je v potrubí, chladivo se zahřívá a přechází do stavu páry. Poté je stlačen kompresorem, jeho teplota stoupá a je vyšší než teplota vytápěného objektu (domu). Poté chladivo vstupuje do sekundárního okruhu, kde odevzdává své teplo vodě, která v něm cirkuluje. A už to jde do radiátorů topení.

Dále se chladivo, procházející škrticí klapkou, rozpíná, jeho teplota klesá a vrací se do primárního okruhu. Cyklus se opakuje.

Jaké jsou výhody tepelného čerpadla

Pokud vezmeme v úvahu pouze provozní náklady, pak je takový systém vytápění docela ziskový. Vždyť jeho účinnost přesahuje 100 %. Neexistuje žádný rozpor s fyzikálními zákony, protože systém není uzavřený. Využívá energii ke stlačování chladiva (kompresoru), ale díky tomu je možné přenášet teplo ze země nebo venkovního vzduchu. A této energie je více. Obrazně řečeno, musíte vynaložit energii na otevření ventilu, za kterým je mnohem více jiné energie. Nejdůležitějším ukazatelem účinnosti tepelného čerpadla je konverzní koeficient, který ukazuje, o kolik energie (tepla) přijaté ze zdroje je větší než energie vynaložená.

Například tepelné čerpadlo pro vytápění domu vytvořené podle schématu „voda-voda“ má převodní koeficient kolem 2,5. To znamená, že s kompresorem o výkonu 4 kW můžete odebrat 10 kW tepla! Přínos je zřejmý. Totéž lze říci o zařízeních vytvořených pomocí okruhu „vzduch-vzduch“ nebo „vzduch-voda“. Ale není to tak jednoduché. Podívejme se blíže na tato dvě schémata tepelných čerpadel.

Schéma tepelného čerpadla voda-voda

Hlavní nevýhodou tohoto typu jsou velmi vysoké kapitálové náklady. Náklady na topný systém s tepelným čerpadlem pod domem o rozloze 100 m2 jsou více než 15 tisíc dolarů. Pokud počítáme návratnost ve srovnání např. s topným systémem na zemní plyn, který je v Rusku ve srovnání s Evropou velmi levný, pak je to minimálně 15 let. To je velmi dlouhá doba. Je jednodušší vložit tyto peníze do banky a použít úrok k vytápění domu.

Okruh vzduch-voda nebo vzduch-vzduch

V tomto případě je teplo odebíráno z okolního vzduchu a tepelné čerpadlo vypadá jako externí klimatizační jednotka. A pak je vše stejné jako v předchozím diagramu. Pouze v případě systému vzduch-voda sekundární okruh výměníku tepla ohřívá vodu otopného systému a ve druhém – vzduch.

V tomto obvodu je převodní koeficient velmi závislý na okolní teplotě. Při teplotách minus 12-20 stupňů je to jen 1.2 – 1.3. To znamená, že při výkonu kompresoru 4 kW vznikne pouze 5,8 – 6,2 kW tepla. To k vytápění domu nestačí a je nutné použít některé doplňkové zdroje tepla, například elektrické konvektory. Kromě toho musíte externí jednotku ještě dodatečně zahřát před namrzáním srážek.

Při teplotě vzduchu +5-10 stupňů dosáhne konverzní koeficient 2,5 a můžete získat 10 kW tepla. Pak ale na dům stačí 2-3 kW tepla. A všechny výhody tepelného čerpadla jsou ztraceny.

Výhodou schémat vzduch-voda, a zejména schémat vzduch-vzduch, jsou výrazně nižší kapitálové náklady. Instalace tepelných čerpadel v tomto případě bude stát 2-3 tisíce dolarů.

Závěry

Při stávajících tarifech zemního plynu a pevných paliv je tepelné čerpadlo vytvořené podle schématu „voda-voda“ nerentabilní. Jeho návratnost přesahuje 15 let, tedy déle než je doba fyzického a morálního opotřebení zařízení.

Pro instalaci v soukromých venkovských domech, které se v zimě neustále nepoužívají, má smysl zvolit vzduchové tepelné čerpadlo pro vytápění. V tomto případě při teplotách vzduchu od +5 do minus 5 0 C si s takovým topným systémem vystačíte. A při nižších teplotách topit přídavnými topidly. Zopakujme, že toto schéma je ekonomicky opodstatněné, pokud dům není v zimě nepřetržitě využíván.