Projektování topných zdrojů s tepelnými čerpadly
Důležité poznatky z praxe pro projektanty
Tepelná čerpadla plní svoji správnou funkci provozně nejekonomičtějšího zdroje tepla pouze při dodržení několika hlavních kritérií. Přibližme si nyní tyto nejpodstatnější požadavky z pohledu projekce topného zdroje.
Dimenzování výkonu tepelného čerpadla
V praxi se setkáváme s několika úhly pohledu na vhodnou velikost výkonu tepelného čerpadla, s ohledem na tepelnou ztrátu objektu. Většina výrobců a dodavatelů tepelných čerpadel má nastaven svůj vlastní systém pro určení správného výkonu v závislosti na technologii a typu tepelných čerpadel, které ve svých instalacích využívají. Jaká je však ta správná cesta pro návrh optimálního řešení a nalezení tak nejlevnějšího zdroje vytápění?
Metoda, kterou využíváme v našich projektech s tepelnými čerpadly AC Heating Convert AW, by se do jisté míry dala nazvat otevřenou či volnou. Podle našich dlouhodobých zkušeností vždy doporučujeme použití záložního zdroje v podobě stávajícího nebo nového elektrického či plynového kotle. Jako u všech tepelných čerpadel typu vzduch-voda, tak i u čerpadla Convert AW, je potřeba při návrhu i se snižováním maximálního topného výkonu. Naším standartním postupem je pak volba bivalentního bodu v rozmezí teplot −7 °C až −9 °C. Každý kdo zvažuje instalaci tepelného čerpadla nebo právě projektuje topný zdroj, může od nás získat kompletní výkonové parametry a údaje o topném faktoru (COP) při nejnižších venkovních teplotách a zároveň maximálních teplotách topné vody na výstupu samotného tepelného čerpadla. Do těchto hodnot se samozřejmě započítává spotřeba všech součástí tepelného čerpadla a v našich projekčních podkladech je uváděna i korekce pro dostatečnou rezervu topného výkonu pro odtávání výparníku.
Při dimenzování je však potřeba přihlížet i k dalším faktorům, jakými jsou zejména lokalita a nadmořská výška instalace, volba záložního zdroje spojená s cenami energie a hlavně požadavky investora a způsob provozu objektu. Nyní se na tyto faktory podíváme trochu zblízka:
- Lokalita a nadmořská výška – v tomto bodě nás bude nejvíce zajímat délka topného období a minimální teploty v dané oblasti. Asi nejlepší představu získáme z provozu např. vysokohorského hotelu s nejvyšší obsazeností uprostřed topného období. V tomto případě je zapotřebí posunout výše zmíněné dimenzování o několik stupňů níže. Investice může být sice vyšší, ale vzhledem výraznější úspoře bude její návratnost stejná jako pro objekt stojící v nižší nadmořské výšce.
- Volba záložního zdroje – zde bude o dimenzování rozhodovat cena elektrické energie nebo plynu. Pokud jako záložní zdroj použijeme elektrický kotel, je výhodné položit bod bivalence na nižší teplotu, právě kvůli vyšší ceně elektřiny a snaze o co nejdelší provoz samotného tepelného čerpadla v průběhu topné sezóny. Naopak u plynového kotle si můžeme dovolit mírné zvýšení bivalentní teploty, vzhledem k ceně plynu, která je dnes zhruba na úrovni 2/3 ceny elektrické energie.
-
Požadavky investora a způsob provozu objektu – obě předchozí varianty mohou být snadno „přebity“ přáním investora. Vraťme se opět k prvnímu bodu a horskému hotelu. Pokud bude provozovatel hotelu požadovat například využití stávajícího kotle na dřevo, kterým by mohl pokrýt část topné sezóny s nejnižšími venkovními teplotami, není zapotřebí bivalentní bod pokládat příliš nízko. Stejně tak pokud je vytíženost hotelu v nejchladnější části topné sezóny nízká a není zapotřebí vytápět celý objekt, je rovněž možné snížit celkový instalovaný výkon tepelných čerpadel. Do tohoto bodu patří i požadavky investora na velikost počáteční investice. V případě instalací velkých kaskád tepelných čerpadel Convert AW například na bytových domech je možné postupné navyšování velikosti kaskády. Kdy v prvních letech můžeme menším výkonem pokrývat přípravu teplé užitkové vody a zároveň tepelnou ztrátu objektu v přechodných obdobích. Během této doby však již dochází k výrazné úspoře provozních nákladů oproti původnímu dodavateli tepla. Následně je pak možné kaskádu rozšířit na plnou velikost s ohledem na tepelnou ztrátu objektu.
Kombinace dalších zdrojů tepla s tepelným čerpadlem
Výrobu tepla pro teplovodní vytápění může zajišťovat nejen pomocí klasických řízených zdrojů, jakými jsou například elektrický, plynový nebo kotel na LTO, ale i neřízené zdroje jako teplovodní krby nebo kotle na tuhá paliva, teplovzdušné krby a solární technologie. Především díky regulaci xCC je možné všechny tyto zdroje zařadit do topného systému a maximálně využít jejich potenciál.
Pro dodávku tepla v kombinaci s tepelným čerpadlem je nejpřijatelnější využití teplovzdušného krbu zejména v objektech, kde je krb umístěn do velkého otevřeného prostoru. Teplo se pak samovolně šíří prouděním do nejfrekventovanějších částí objektu. Regulace xCC pak může automaticky uzavřít například smyčky podlahového vytápění v místnosti s krbem, aby nedocházelo k jejímu přetápění.
Další možností je výroba tepla v teplovodní vložce krbu nebo kotle na tuhá paliva. Tato varianta umožňuje vytápění celého objektu, je ovšem dražší než předchozí a vyžaduje častější využití během topného období. Z technického hlediska je u novostaveb na zvážení využití akumulační nádoby pro zabránění přetopení soustavy (v případě podlahového topení je spolu se směšovací sadou na výstupu dokonce nutností). Zároveň je nutný záložní zdroj elektrické energie pro oběhové čerpadlo, které je jeho neoddělitelnou částí i v případě starších samotížných systémů po připojení tepelného čerpadla. Regulace xCC bude řídit automatické vypínání tepelného čerpadla, jakmile je v kotli či krbu zatopeno.
Posledním neřízeným zdrojem tepla mohou být solární kolektory a fotovoltaické elektrárny malého výkonu napojené především na zásobník pro přípravu TUV, popř. i na otopnou soustavu. Solární zdroje jsou bez ohledu na jejich současnou pořizovací cenu perspektivním zdrojem tepla, ovšem v kombinaci s tepelným čerpadlem, které ohřívá užitkovou vodu, sice ne zadarmo, ale velice levně po celý rok, se stávají nerentabilními s velice dlouhou dobou návratnosti. Nicméně i tento zdroj je možné zařadit do regulace xCC a řídit jej ze stejného místa jako zbytek topného systému.
Napojení otopné soustavy na topný zdroj
Napojení topného zdroje s tepelným čerpadlem AC Heating je možné realizovat následujícími způsoby:
- Přímé napojení – hlavním požadavkem je nutnost dodržet doporučený průtok, který je uváděn s dostatečnou rezervou na regulační odchylky. Zároveň musí být v otopné soustavě zajištěn dostatek topné vody a tím i zásoba tepla pro odtávání výparníku.
- Napojení přes HVDT – možno použít pro jakýkoliv případ hydraulického vyrovnání pokud je na straně topných zdrojů zaručen dostatečný přísun tepla pro odtávání výparníku. V případě poruchy oběhového čerpadla na sekundární straně HVDT musí být na straně zdrojů zajištěn alespoň takový objem vody, který postačí k zareagování teplotního čidla podchlazení teplovodního výměníku ve vnitřní jednotce (kondenzátor).
- Napojení přes akumulační nádobu – v našich realizacích používáme toto napojení většinou pro jednotky AW22-3P, AW28-3P a kaskády tepelných čerpadel a větší instalace např. na bytových domech, pro zlepšení regulační stability systému. U bytových domů je zároveň nutné dodržet hydraulické vyrovnání na straně otopné soustavy, kde jsou předpokládány nerovnoměrné odběry tepla jednotlivých bytů. Tohoto typu se týkají i instalace, kdy je otopná soustava tvořena z převážné většiny VZT výměníky, které mají velice nízký objem topné vody.
Slovo na závěr
V tomto článku byla nastíněna základní filosofie návrhu topného zdroje s tepelnými čerpadly AC Heating Convert AW a zároveň možnosti napojení na novou nebo stávající otopnou soustavu. Tyto požadavky platí nejen pro rodinné domy ale i pro instalace na větších objektech.
Stručně řečeno: „Vždy je potřeba dodržovat stanovené zásady projektování topných zdrojů, ale musí být přihlédnuto i k finančním a technickým požadavkům investora.“
Máte-li zájem o podrobnější informace ohledně projekce topných zdrojů s tepelnými čerpadly, obraťte se na nás telefonem, mailem nebo nám můžete zaslat požadavek přes náš webový formulář. Pracovníci našeho týmu jsou Vám plně k dispozici.
Společnost KUFI INT je česká firma, která vyrábí a instaluje tepelná čerpadla AC Heating Convert AW. Naše tepelná čerpadla vytápí rodinné domy, bytové domy, školy, školky, administrativní budovy a průmyslové haly. Máme za sebou stovky instalací tepelných ...
