Zásobník pro přípravu teplé vody (bojler) s tepelným čerpadlem vzduch-voda. Část 1/2
Základní vlastnosti, přehled možných druhů, jejich výhody a nevýhody.
Tepelné čerpadlo vzduch-voda spojené se zásobníkem pro ohřev vody je variantou přípravy teplé vody snižující spotřebu elektrické energie tím, že část tepla k ohřevu vody se získává ze vzduchu z interiéru nebo ze vzduchu venkovního. Výsledný efekt určují teploty vzduchů, ohřívané vody a cena využitého tepla.
Zásobník teplé vody s tepelným čerpadlem vzduch-voda pod společným pláštěm patří k poměrně mladým výrobkům na trhu s tepelnou technikou, ačkoliv jak zásobníky, tak tepelná čerpadla jsou využívány již desítky let. K prvnímu významnému nárůstu nabídky těchto zařízení sloužících k přípravě teplé vody s využitím tepelné energie z okolního vzduchu došlo okolo let 2010 až 2013, a to především u dodavatelů tepelné techniky do jižních, celoročně teplejších oblastí. V současnosti tato zařízení na trhu nabízí již desítky výrobců.
Integrované tepelné čerpadlo vzduch-voda pracuje s relativně malým tepelným výkonem, orientačně mezi 1 až 2 kW, který je podle potřeby doplňován jiným zdrojem tepla. Pro využití v domácnostech, menších živnostenských provozech atp. připadají v úvahu zásobníky o objemu cca 200 až 300 litrů, ale v sortimentu některých výrobců jsou i zásobníky s objemem nad 400 litrů. V souvislosti s růstem cen energií, s možností využití dotace z programu Nová zelená úsporám, s efektem zhodnocení odpadního a nežádoucího tepla, a i s ohledem na maximalizaci využití elektřiny vyrobené vlastní fotovoltaickou elektrárnou zájem o instalaci tohoto řešení přípravy teplé vody roste.
Obr. Příklady konstrukcí ZTČ (zleva Vaillant, Ariston, Dimplex, Haier) poukazují na dva základní typy, s možností napojení vzduchotechnických potrubí pro přívod vzduchu z jiných prostorů nebo pracujících se vzduchem v prostoru instalace
Tepelná čerpadla vzduch-voda integrovaná do ZTČ nemají stejné konstrukční parametry jako tepelná čerpadla větších výkonů určená pro vytápění, jsou zpravidla jednodušší. Neumožňují provoz při velmi nízkých teplotách vzduchu, který je zdrojem tepla, nevyužívají řízení tepelného výkonu změnou otáček kompresoru, jejich životnost může významně zkrátit použití pro jiné účely a v jiném prostředí, než pro které je výrobcem určeno.
1. ZTČ a zdroj tepla
Každé tepelné čerpadlo odnímá tepelnou energii z jednoho prostředí a tuto tepelnou energii společně s energií spotřebovanou na činnost tepelného čerpadla předává do jiného prostředí, ale s vyšší teplotou. V případě ZTČ existují dva základní druhy, případně jejich kombinace.
1.1 Teplo z vnitřního prostoru budovy
Tento typ konstrukce ZTČ je založen na odnímání tepelné energie, tepla, z vnitřního prostoru budovy. Do tepelného čerpadla je nasáván vzduch z budovy a zpět do budovy je vypouštěn vzduch po jeho ochuzení o část tepla, tedy chladnější. Pokud by v budově nebyl žádný zdroj tepla nebo by do budovy nepronikala tepelná energie z okolí, tak by činností tepelného čerpadla v budově neustále ubývalo teplo a klesala teplota. V praxi k setrvalému poklesu teploty nedojde. Buď jsou v budově zisky tepla od nejrůznějších spotřebičů, z technologických procesů, od přítomnosti osob, ale i od soustavy vytápění, nebo do budovy proniká teplo z jejího okolí, od slunečního záření, z venkovního vzduchu, tak např. i ze zemního podloží budovy. V případě, že by teplota vzduchu v pracovním prostoru ZTČ v budově příliš klesla, činnost tepelného čerpadla bude přerušena a ohřev vody musí zajistit jiný zdroj tepla.
Obr. Příklad umístění ZTČ v budově. Jako doplňkový zdroj tepla nemusí být využit jen přímotopný elektrický prvek. Pokud to konstrukce ZTČ umožňuje, lze využít například i teplovodní kotel, tepelnou solární soustavu aj. (Grafika: Brilon a.s., Kronotherm)
Obr. Příklad umístění ZTČ v budově, když ZTČ pracuje se vzduchem z jiné místnosti. Například se využívá odpadní teplo z prádelny, sušárny atp. (Grafika: Brilon a.s., Kronotherm)
Obr. Příklad umístění ZTČ v budově, když ZTČ pracuje se vzduchem z jiné místnosti. V tomto případě se ochlazení vzduchu po jeho průchodu přes ZTČ využívá ke chlazení prostoru a potravinami. (Grafika: Brilon a.s., Kronotherm)
Obr. Příklad ZTČ s mřížkami pro přivádění a odvádění vzduchu. (Zdroj: Stiebel-Eltron)
Pokud je vzduch nesoucí teplo do ZTČ nasáván z jeho blízkého okolí a stejně tak je do okolí vypouštěn vzduch ochlazený, nemusí být tento ZTČ vybaven přírubami pro napojení vzduchotechnických potrubí. Vzduch proudí přes vhodně tvarované mřížky, žaluzie, v horní části pláště ZTČ. Krátká dráha, po které proudí vzduch, umožňuje použití ventilátorů s nižším výkonem.
Protože ZTČ pracuje se vzduchem v budově, je pracovní okruh tepelného čerpadla s chladivem optimalizován na rozsah pracovních teplot vzduchu, který v budovách obvykle může být. Orientačně, spodní mez teploty nasávaného vzduchu pro činnost tepelného čerpadla se pohybuje mezi cca 5 °C až 10 °C a horní mez teploty nasávaného vzduchu se pohybuje cca mezi 35 °C a 45 °C.
1.2 Teplo z venkovního vzduchu
Jiný typ konstrukce ZTČ pracuje s venkovním vzduchem. Na ZTČ jsou proto příruby k upevnění vzduchotechnického potrubí pro přívod a odvod vzduchu. S ohledem na delší dráhu proudění vzduchu musí být použity výkonnější ventilátory. Celková maximální délka potrubí (skutečně použitelnou délku zkracují například ohyby potrubí, mřížky na fasádě…) se pohybuje obvykle okolo 10 až 25 metrů, i podle světlosti potrubí, a to vymezuje možnost umístění ZTČ v budově vzhledem k venkovnímu prostředí.
Orientačně, spodní teplotní mez použití s tepelným čerpadlem začíná na teplotě venkovního vzduchu nad cca −7 °C a horní provozní mez se pohybuje okolo teploty venkovního vzduchu do cca +43 °C.
1.3 Teplo z vnitřního prostoru budovy i z venkovního vzduchu
Tento typ provozu vyžaduje splnění řady podmínek nejen s ohledem na provozní podmínky pro ZTČ, ale i s ohledem na podmínky v budově, například větrání, provoz spalovacích zdrojů tepla aj. V principu je možný u všech ZTČ, která mají příruby pro napojení vzduchotechnických potrubí. Vhodnou konfigurací lze umožnit přivádění vzduchu z vnitřku budovy nebo z vnějšku a tyto způsoby i přepínat. Podobně lze řešit i odvádění ochlazeného vzduchu.
Obr. Příklad umístění ZTČ v budově, když se vzduch k ZTČ nasává z prostoru uvnitř budovy a odvádí mimo budovu. Do prostoru, odkud je vzduch odsáván, musí být zajištěn přívod stejného množství vzduchu. Oknem, větrací mřížkou nebo infiltrací z jiných prostorů v budově. (Grafika: Brilon a.s., Kronotherm)
Primárně je však nutné zohlednit, že je-li vzduch z budovy přes ZTČ odváděn ven, musí být jinde do budovy stejné množství vzduchu přiváděno a vzduch musí proudit skrz budovu do místa, kde je ZTČ. Analogicky, je-li ochlazený vzduch po průchodu skrz ZTČ vyveden do budovy, musí být umožněno vypouštět stejné množství vzduchu z budovy ven. Možnosti těchto druhů provozu jsou omezeny výkonem ventilátoru, prouděním vzduchu v budově a požadavky na teplotu vzduchu v budově a teplotu venkovního vzduchu. V návodech k instalaci výrobci některé možnosti ani neuvádí, neboť mohou negativně ovlivnit kvalitu vnitřního prostředí v budově, obrátit nežádoucím způsobem proudění spalin u některých spotřebičů paliv do místnosti aj., případně omezit provozní výkon a spolehlivost ZTČ.
