Nejnavštěvovanější odborný portál
pro stavebnictví a technická zařízení budov
TZB studio
zobrazit program

Zkušenosti s provozem tepelných čerpadel – díl 1.

Nevyhovující výkon tepelného čerpadla s ON/OFF kompresorem a alarmující počet startů kompresoru, to jsou reálné zkušenosti z provozu. Chybám posunujícím ekonomickou návratnost TČ do nedohledna je možné se vyhnout.

Efektivita tepelných čerpadel

Měřítkem dlouhodobé efektivity soustavy TČ je sezónní topný faktor – SPF (Seasonal Performance Factor), který je závislý jednak na průběhu teplot nízkopotenciálního zdroje tepla (země, voda, vzduch), ale také na průběhu teploty otopné vody během roku a také na seřízení systému. Kde se dle našich zkušeností běžně pohybuje SPF včetně přípravy teplé vody v běžných rodinných domech u ON/OFF a frekvenčně řízených strojů vidíte v Tab. 1.

Tab. 1 Hodnoty SPF [–] dle typů TČ, otopné soustavy a včetně přípravy teplé vody
Systém TČPodlahové vytápěníOtopná tělesa
Vzduch/voda
frekvenční
3,2–3,52,7–3,2
Země/voda
ON/OFF
3,9–4,63,2–3,7
Země/voda
frekvenční
4,3–5,03,5–3,9

Z tabulky vyplývá, že:

  • TČ vzduch/voda mají o cca 25–35 % vyšší provozní náklady než TČ země/voda
  • TČ země/voda frekvenčně řízená jsou úspornější asi o 5 až 10 % ve srovnání se stroji s ON/OFF řízením
  • TČ vzduch/voda frekvenčně řízená s podlahovým vytápěním jsou, co se týče SPF, velmi zdatným konkurentem strojům země/voda ON/OFF s otopnými tělesy.

Životnost a poruchovost konstrukčních prvků tepelných čerpadel

Ekonomická efektivita investice do tepelného čerpadla je založena nejen na jeho energeticky úsporném provozu, ale i na jeho životnosti. Životnost ovlivňují vlastnosti komponent a reálné provozní režimy. Dále se budeme věnovat několika nejdůležitějším prvkům v TČ z hlediska provozu.

Tepelná čerpadla s ON/OFF kompresory

ON/OFF kompresory nemají regulaci otáček, výkonu. Jejich výkon se mění pouze v závislosti na teplotních podmínkách. TČ s těmito kompresory si vydobyla obecně dobrou pověst díky jejich dlouhé životnosti 15 až 20 let prokázané v praxi. I proto jsou TČ s těmito kompresory stále v nabídce některých výrobců. Dosahované životnosti jsou uvedené níže.

U TČ země/voda

  • Kompresory překonávají v průměru menší tlakový rozdíl než u TČ vzduch/voda což vede k jejich delší životnosti
  • Životnost 15 až 20 let je zcela běžná (30 až 40 tisíc provozních hodin)

U TČ vzduch/voda

  • Větší tlakový rozdíl na kompresoru než u země/voda => nižší životnost
  • Životnost v horizontu 15 let

Vhodné podmínky pro dosažení výše uvedených životností kompresorů:

  • Správné dimenzování stroje – NESMÍ se předimenzovat, neboť to vede k častějším startům!
  • Dostatečný objem topné vody, tj. 10 až 20 litrů na 1 kW nominálního topného výkonu TČ
  • Co nejnižší teplota topné vody v průběhu roku, kterou umožňuje využití regulace podle ekvitermní křivky
  • Teplota topné vody max. do 55 až 60 °C za nejnižších venkovních teplot pro vytápění, anebo tato teplota jen do přípravy teplé vody (co nejméně provozního času s vyššími teplotami)
  • Žádné, z hlediska vlastností TČ, hloupé řízení přes pokojový termostat!

Příklad špatného provozu TČ s kompresorem ON/OFF v praxi

Jednalo se o dům s tepelnou ztrátou cca 9 kW, s jedním topným okruhem a otopnými tělesy. Doporučené schéma zapojení bylo dodrženo. Instalováno bylo TČ země/voda s vrtem a navrženo monovalentně do soustavy s litinovými otopnými tělesy, což je rovněž vyhovující.

Chyby provozu tepelných čerpadel a jejich příčiny

Nový majitel domu po změně jeho vlastnictví zřejmě nebyl dostatečně poučen a zainteresován na tom, aby byly respektovány specifické vlastnosti tepelného čerpadla:

  • V domě bylo běžné zavírání 8 otopných těles z 10 vždy na 3 až 4 týdny, pouze o víkendech jednou za 3 až 4 týdny probíhalo vytápění běžným provozem
  • Byla provedena technicky zbytečná výměna litinových otopných těles za desková bez ověření potřebného objemu soustavy a jeho doplnění v důsledku menšího objemu deskových těles
  • Výsledný objem soustavy zajišťuje nedostatečný poměr cca 8 litrů topné vody na 1 kW topného výkonu TČ
  • Byla vysoko nastavená topná křivka z důvodů urychlení zátopu před víkendem, kterou zákazník následně „kompenzoval“ omezováním průtoku otopnými tělesy termostatickými hlavicemi

Hrozivý výsledek po 7 letech provozu

Instalované tepelné čerpadlo umožnilo z diagnostiky provozu zjistit údaj o 103 888 startech kompresoru za 7656 hodin provozu! V režimu jen vytápění průměrně 14,4 startů za hodinu. Se zahrnutím režimu přípravy teplé vody až neuvěřitelných v průměru 13,6 startů kompresoru pro dosažení jedné jeho provozní hodiny. A to v důsledku výše uvedených chyb.

Obr. 1a Snímky z displeje TČ ukazují celkový počet startů kompresoru 103 888 a celkovou dobu provozu kompresoru 7656 hodin. Odpovědný provozovatel by měl tyto údaje ve vlastním zájmu sledovat.
Obr. 1b Snímky z displeje TČ ukazují celkový počet startů kompresoru 103 888 a celkovou dobu provozu kompresoru 7656 hodin. Odpovědný provozovatel by měl tyto údaje ve vlastním zájmu sledovat.

Obr. 1 Snímky z displeje TČ ukazují celkový počet startů kompresoru 103 888 a celkovou dobu provozu kompresoru 7656 hodin. Odpovědný provozovatel by měl tyto údaje ve vlastním zájmu sledovat.

Při běžném stavu maximálně 2 až 3 startů kompresoru na jednu provozní hodinu by byl uvedený celkový počet startů dosažen po 14 až 21 letech provozu! Jediným pozitivem daného stavu je to, že poukazuje na velkou odolnost použitého kompresoru vůči počtu startů.

Provedená opatření pro záchranu kompresoru

  • Nastavení (otevření) termostatických hlavic na všech otopných tělesech naplno
  • Vyladění ekvitermní topné křivky a nastavení průtoků do otopných těles (na regulačních ventilech) pro dosažení žádané vnitřní teploty
  • Seznámení majitele domu s bezpečnou útlumovou funkcí TČ a její aktivací, po čemž není nutné jakkoliv škrtit průtok topné vody
  • Bohužel, pro nedostatek místa, nemohl být instalován doplňující akumulátor tepla
  • Ke snížení počtu startů byla v regulaci chodu TČ zvýšena hystereze teplot na topné vodě na 9 K z běžných 5 K.
  • Po provedení úprav se počet startů kompresoru snížil a pohybuje se v průměru okolo 2,7 startu na 1 hodinu provozu.

Poučení

  • Při maximálně 2 až 3 startech kompresoru za hodinu jeho provozu v průběhu 15 až 20 let lze předpokládat, že kompresor odejde („umře“) spíše na mechanické poškození vlivem naběhaných provozních hodin a působením teplot a tlaků, než následkem poškození elektromotoru.
  • Objem soustavy s deskovými topnými tělesy umožňující dosažení poměru 10 l topné vody na 1 kW topného výkonu TČ je nezbytné minimum pro dodržení doporučených cca 3 startů kompresoru na hodinu provozu. Nezbytnou podmínkou je nastavení větší teplotní hystereze cca 7 až 9 K.
  • Při této vysoké hysterezi si zákazníci během následujících 2 let nestěžovali na kolísání vnitřní teploty. Vysoká hystereze však není zdaleka ideální zejména za vyšších venkovních teplot 10 až 17 °C. Hůře se uplatňuje kvůli nízkým teplotám topné vody a zvyšuje kolísání teplot v interiéru. Zvýšení teplotní hystereze je tedy nutné chápat jen jako záchranu situace.
  • Nejlepším řešením by byl doplňující akumulátor tepla a běžná hystereze 4 až 6 K.

Příklad perfektního provozu TČ s kompresorem ON/OFF v praxi

Příklad ideálního řešení vytápění TČ s kompresorem pracujícím v režimu ON/OFF lze dokumentovat na novostavbě rodinného domu s tepelnou ztrátou cca 5,5 kW, ve kterém bydlí 4 osoby.

  • Zdrojem tepla je jen TČ země/voda IVT EQ C6 o nominálním výkonu při B0/W35 °C cca 5,8 kW
  • V domě je podlahové vytápění a využívá se i pasivní chlazení s využitím zemního plošného kolektoru
  • V řízení chodu kompresoru je uplatněna „klouzavá hystereze“ s čidlem topné vody na výstupu z TČ
  • TČ dosahuje průměrně 1,5 hodiny běhu kompresoru na jeden jeho start. Přitom se nejedná o tepelné čerpadlo s frekvenčním řízením kompresoru!
Obr. 2 Schéma zapojení TČ země/voda s pasivním chlazením včetně kabeláže
Obr. 2 Schéma zapojení TČ země/voda s pasivním chlazením včetně kabeláže
Obr. 3 Pohled na TČ a vpravo od něj umístěný výměník umožňující pasivní chlazení domu s využitím nižší teploty v zemním vrtu oproti teplotě v místnostech (obrázek pořízen během instalace před dokončením)
Obr. 3 Pohled na TČ a vpravo od něj umístěný výměník umožňující pasivní chlazení domu s využitím nižší teploty v zemním vrtu oproti teplotě v místnostech (obrázek pořízen během instalace před dokončením)

Praxe potvrzuje, že vhodně navržená otopná soustava, s dostatečným objemem topné vody, může velmi dobře spolupracovat s tepelným čerpadlem s jednoduchým řízením kompresoru ON/OFF.

English Synopsis
Experience with Operation of Heat Pumps - Part 1

Inadequate heat pump performance with ON / OFF compressor and an alarming number of compressor starts are real operating experiences. Mistakes that push the economic return of the Czech Republic into the distance can be avoided.