Tepelné čerpadlo HPSU compact – více než jen tepelné čerpadlo
Německá společnost ROTEX uvedla v roce 2010 novinku - kompaktní tepelné čerpadlo, které nemá na trhu obdoby. Nejen že se jedná o TČ s plynulou regulací výkonu využívající špičkovou japonskou invertorovou technologií od společnosti Daikin, ale jedná se současně o kompletní otopný systém, který umožňuje kombinovat různé zdroje tepla.
Tento kompletní otopný systém umožňuje kombinovat různé zdroje tepla, ať už se jedná o integrované tepelné čerpadlo nebo externí solární systém, kombinaci s plynovým kotlem, elektrokotlem či kotlem na tuhá paliva. Systém řeší kompletně jak vytápění, tak přípravu teplé vody, popřípadě i ohřev bazénové vody a může být i zdrojem chadicí vody pro klimatizaci.
Tepelné čerpadlo HPSU compact se skládá z venkovní kompresorové jednotky o výkonu od 6 kW do 16 kW. Výkony 6, 7 nebo 8 kW pokrývá malá venkovní jednotka s Daikin invertorem řízeným swing kompresorem. Větší výkony 11, 14 a 16 kW zajistí velká venkovní jednotka s Daikin invertorem řízeným scroll kompresorem. Na každou vždy navazuje vnitřní jednotka umístěná na speciálním akumulačním zásobníku ROTEX. Vnitřní jednotka obsahuje "mozek", tedy řídicí systém celé otopné soustavy budovy.
Příprava teplé vody - jen v té nejvyšší hygienické kvalitě
Speciální akumulační nádoba svou unikátní konstrukcí dokáže kombinovat různé zdroje tepla tak, aby vždy upřednostnila ty nejlevnější a nejefektivnější ze všech napojených. Nádoba je vytvořena ze dvou vysoce odolných plastových nádob, které jsou vloženy do sebe. Prostor mezi nimi je pod vysokým tlakem vyplněn polyuretanovou pěnou. Tato výrobní technologie zaručuje akumulační nádobě vynikající tepelně izolační vlastnosti.
Objem akumulační nádoby tepelného čerpadla HPSU compact je 500 l a tepelná ztráta je pouze 1,4 kWh za den při teplotě vody uvnitř 60 °C! Tato tepelná ztráta je zhruba třetinová oproti standardním zásobníkům stejného objemu.
Akumulační nádoba tepelného čerpadla ROTEX HPSU compact je otevřená beztlaká nádoba, tedy pouze s atmosférickým tlakem. Její největší předností je dokonalá stratifikace vody, tedy vrstvení vody podle její teploty. V beztlaké nádobě je stratifikace mnohem výraznější než u standardních tlakových nádob. Vyšší stratifikace maximalizuje využití solární energie. K tepelnému čerpadlu HPSU compact lze velice snadno dopojit solární systém ROTEX Drain Back.
Konstrukce vnitřní jednotky tepelného čerpadla HPSU
Jak vnitřní jednotka tepelného čerpadla HPSU compact vypadá a co se skrývá uvnitř, je znázorněno na obrázku níže. Především je zde několik výměníků s různými funkcemi. Největší výměník (5) zajišťuje průtokový ohřev teplé vody. Další je výměník pro dobíjení nádoby, kterým tepelné čerpadlo dodává energii do akumulace, aby byla pohotově k dispozici pro zajištění dostatečně rychlé přípravy teplé vody a v dostatečném množství. Na schématu je znázorněn na pod číslem 6. Třetí výměník, který umožňuje případný předehřev topné vody pomocí solární energie, je značen číslem 7. Prostor kolem tohoto výměníku je vymezen izolací (8) tak, abychom případným předehřevem topné vody neubrali příliš mnoho energie teplé pitné vodě.
Příprava teplé vody - jen v té nejvyšší hygienické kvalitě
Tepelné čerpadlo HPSU compact řeší přípravu teplé vody extrémně dlouhým výměníkem, který má délku 44 m a teplosměnnou plochu 6 m2. Studená pitná voda natéká do nejspodnější části nádrže a pak protéká vlnovcovým výměníkem z nerez oceli směrem vzhůru. Postupně odebírá energii z akumulační nádrže, ohřívá se a stoupá až do horní části zásobníku, kde její teplota dosáhne požadované úrovně. Díky extrémně velké teplosměnné ploše výměníku je zajištěna příprava dostatečně velkého množství vody pro celou rodinu.
Pro projektanty jsou k dispozici detailní technická data k optimálnímu návrhu. Například při teplotě 50 °C v akumulaci a průtoku 12l/min se získá 272 litrů teplé vody o teplotě 40 °C bez nutnosti dobíjení tepelné energie do akumulační nádoby.
Průtočná příprava teplé vody zaručuje uživateli perfektní hygienické vlastnosti. Voda v zásobníku, respektive v trubce výměníku, stagnuje minimální dobu a v minimálním objemu. Dokonce nevznikají žádné usazeniny a není třeba vodu přehřívat, abychom ji ochránili proti legionele. Kvalitu a hygienické vlastnosti vody ROTEX garantuje nejen svojí více jak 25tiletou zkušeností s tímto průtočným ohřevem, ale také rozsáhlými studiemi provedenými univerzitou v německém Tübingenu. Teplá voda dosahuje perfektních hygienických vlastností, mnohem lepších, než při standardním akumulačním ohřevu a s pochopitelnou výjimkou teploty si ponechává vlastnosti vody pitné.
Perfektní stratifikace - její význam v praxi
Protože studená pitná voda prochází při jejím ohřevu nádobou od spodu nahoru, přispívá k udržení ideálního vrstvení akumulační vody podle teplot. V dolní části zůstává voda nejstudenější, blížící se teplotě natékající pitné vody a nahoře nejteplejší, jen o málo vyšší, než je požadovaná teplota teplé vody. Pokud začne klesat teplota vody v akumulaci i v horních vrstvách, tepelné čerpadlo přes integrovaný trojcestný ventil začne ohřívat topnou vodu proudící do výměníku pro dobíjení (6). Topná voda v tomto případě protéká výměníkem odshora dolů, tedy v souladu s teplotním rozvrstvením v nádobě a dole se udržuje co nejchladnější. Opět nedochází k narušení stratifikace akumulační vody v nádobě. Všimněte si, že přes tento výměník se dohřívá pouze horní dvě třetiny nádrže, spodní část se nechává vždy co nejchladnější pro případné využití solárním systémem ROTEX Drain Back Solaris.
Solární systém ROTEX Drain Back Solaris
ROTEX Drain Back Solaris je unikátní solární systém, který pracuje s vodou čerpanou přímo z nejspodnější části akumulační nádrže tepelného čerpadla HPSU compact bez nutnosti použít neekologické nemrznoucí směsi. Navíc také odpadá nutnost použít tepelný výměník pro oddělení okruhů akumulační nádoby a solárního systému, který snižuje účinnost obvyklých solárních systémů. Drain Back Solaris systém se skládá ze solárních kolektorů a z čerpadlové jednotky s regulací (G). Tato jednotka se velice snadno připevňuje na zásobník HPSU compact i dodatečně tak, aby odebírala nejchladnější vodu z nejspodnější části akumulace přímo do solárního systému. Čerpadlová jednotka začne čerpat vodu z dolní části akumulace do solárních kolektorů pouze tehdy, pokud je na nich zaznamenána teplota vyšší. Pokud se tento stav změní a teplota na kolektorech bude nižší, oběhová čerpadla se zastaví, systém se zavzdušní a cirkulující voda samospádem zteče zpět do nádrže. Jedinou nutnou, ale při pečlivé montáži snadno splnitelnou podmínkou tedy je, že rozvody solárního systému musí být montovány ve spádu k nádobě. Pokud je akumulační nádoba nabita, solární systém zůstává prázdný a nemůže dojít k jeho zamrznutí.
Řízené čerpadlo v solárním okruhu
V čerpadlové jednotce jsou dvě čerpadla, první s proměnným průtokem a druhé standardní. Pokud teplota na solárních kolektorech převýší teplotu vody v akumulaci, uvedou se do provozu nejprve obě čerpadla souběžně, aby byl překonán výškový rozdíl mezi akumulační nádobou a solárními kolektory. Po zavodnění okruhu běží pouze první čerpadlo s řízeným proměnným průtokem, který je modulován na základě teploty vody, která se vrací do akumulace z kolektorů. Pokud je voda z kolektorů výrazně teplejší než voda v akumulaci, oběhové čerpadlo zvyšuje svůj výkon, více tepelné energie se z kolektorů dopravuje do akumulace a ta se rychleji ohřívá. Pokud rozdíl teplot klesá, snižují se i otáčky čerpadla. Tímto regulačním algoritmem se minimalizuje spotřeba energie na pohon čerpadel, optimalizuje se ohřev akumulace a zvyšuje využití slunečních kolektorů i v okrajových podmínkách.
Ohřátá voda ze solárních kolektorů nevtéká do akumulační nádoby přímo na jednom místě. Je vedena nádrží shora dolů vnitřkem koaxiální sestavy trubek ke dnu nádoby. U dna se obrací a meziprostorem mezi vnitřní přívodní trubkou a vnější perforovanou distribuční trubkou samovolně stoupá vzhůru a natéká do nádoby v místech s odpovídající teplotní úrovní. Toto konstrukční uspořádání rovněž zvyšuje schopnost akumulační nádoby udržet co nejvyšší stratifikaci teplotních vrstev a zvyšuje efektivnost solárního ohřevu.
ROTEX Drain Back Solaris má asi o 10 až 15% vyšší výtěžnost ze slunečního záření než standardní systémy stejných dimenzí. Důvodem jsou:
- perfektní stratifikace, kterou se dosahují podstatně větší teplotní rozdíly mezi dolní a horní částí nádrže
- voda z akumulace je přímo čerpána do solárních kolektorů a tento okruh není pro přenos tepla oddělen dalším výměníkem
- voda má větší tepelnou kapacitu, nežli glykolová směs, a proto pro přenos stejného množství energie postačí menší průtok a snížený výkon čerpadla. Glykolová směs má i větší viskozitu a na svoji dopravu čerpadlem vyžaduje vyšší spotřebu elektřiny.
V zimních mrazivých, ale slunečných dnech, ROTEX Drain Back systém pracuje samozřejmě taktéž. V případě, že teplota na solárních kolektorech překročí 60 °C, oběhová čerpadla sepnou a umožní solární ohřev vody v akumulaci. Pokud teplota poklesne, čerpadla se odpojí, voda steče a nevzniká riziko zamrznutí vody v kolektorech a přívodním potrubí.
Jelikož je v systému jen voda a ne glykolová směs, jedná se o zcela ekologický a navíc bezúdržbový systém. Glykolová směs má omezenou životnost, musí se pravidelně kontrolovat a měnit, což klade poměrně značné finanční nároky na uživatele.
Ohromnou výhodou solárního systému ROTEX je jeho chování v letním období. V případě, že se voda v akumulační nádobě ohřeje na maximální teplotu 85 °C, oběhová čerpadla se zastaví a systém se samospádem vypustí do akumulační nádoby. Solární kolektory jsou prázdné a nemusíme tedy řešit, co s přebytkem energie v létě. U obvyklých tlakových systémů s výměníkem v takových případech nastávají tzv. stagnační stavy, kdy se glykolová směs v kolektorech odpaří a významně se zkracuje její životnost..
Inteligentní systém - nejdřív solární energie, pak energie z tepelného čerpadla
Jak celý systém funguje? Proč je výhodné kombinovat ROTEX HPSU compact se solárním systémem ROTEX Drain Back?
Předtím, než se sepne tepelné čerpadlo, aby dodávalo energii pro vytápění, spustí se oběhové čerpadlo otopné soustavy, které protočí otopnou vodu nejprve přes výměník tepelného čerpadla HPSU compact umístěného ve středu akumulační nádoby (7). Pokud je akumulační nádoba vyhřátá sluneční energií, otopná voda se v ní předehřeje a odchází do podlahového vytápění nebo radiátorů. Z nich se vrací zpět do tepelného čerpadla. V závislosti na teplotě této vody ve zpátečce a požadované výstupní teplotě vody se spíná plynule regulovatelný invertorový kompresor. Pokud se otopná voda předehřála od sluneční energie, kompresor sníží svůj výkon a pouze ji dohřívá. V některých dnech tak může k vytápění postačit jen solární energie a tepelné čerpadlo je v záloze.
Ze schématu je zřejmé, že solární přitápění se využívá pouze tehdy, pokud je sluneční energie dostatek. Přednost má vždy příprava teplé vody. Proto je prostor kolem výměníku pro vytápění vymezen izolací (8), která sahá asi do dvou třetin velikosti nádoby. V případě, že sluneční energie ohřeje horní dvě třetiny nádoby, pak se sluníčkem začíná vyhřívat i níže umístěný prostor kolem výměníku pro přitápění.
Kompletní strojovna pro teplo i chlad
Tepelné čerpadlo HPSU compact tedy není jen pouhým tepelným čerpadlem, ale jedná se o kompletní strojovnu domácí otopné soustavy, která zabírá pouze 0,62 m2 a která zajistí vytápění a přípravu teplé vody jak tepelným čerpadlem, tak v případě rozšíření i solárním systémem. Projektant, instalační firma i zákazník mají možnost si zvolit i systém, který umí vyrábět chladicí vodu a tu použít pro klimatizování místností. Solární systém lze k jednotce kdykoliv libovolně dopojit - pouze se osadí čerpadlová skupina a regulace na akumulační nádobu a propojí se se solárními kolektory. Není třeba žádný zásah do stávající otopné soustavy a přípravy teplé vody!
Tepelné čerpadlo HPSU compact dosahuje výborných provozních parametrů. Průměrný roční topný faktor SCOP (SCOP vyjadřuje poměr dodané energie ku spotřebované energii za celé otopné období v dané lokalitě, na rozdíl od COP, který je měřen jen za daných podmínek) dosahuje s nízkoteplotními otopnými soustavami (podlahové vytápění i radiátory) hodnot až 3,4 (z jedné kWh spotřebované energie dodáme do objektu 3,4 kWh tepla v průměru za sledované topné období). V kombinaci tepelného čerpadla HPSU compact a solárních kolektorů ROTEX Drain Back Solaris lze dosáhnout průměrných ročních faktorů až 4,2, neboť solární systém dodavá až 20% veškeré roční energie potřebné pro vytápění a ohřev TV. Kombinace tepelného čerpadla HPSU compact a solárních kolektorů se tak bez problémů může rovnat tepelným čerpadlům země-voda, voda-voda, které jsou investičně podstatně dražší a jejich realizace mnohem složitější.
Distributor pro ČR a SR: ENBRA, a.s., Durďákova 5, 613 00 Brno, Ing. Štěpán Mastný, mastny@enbra.cz; tel.: 737 254 474
ENBRA, a. s. je lídrem v prodeji vodoměrů a v první trojce dodavatelů měřičů tepla. Nabízí sortiment tepelné techniky, vzduchotechniky, chlazení a fotovoltaiky. Je dodavatelem produktů i poskytovatelem služeb - patří k vedoucí trojici rozúčtovatelů nákladů ...
