Tepelné čerpadlo zem-voda poskytuje nižšie náklady na vykurovanie ako vzduchové čerpadlo. Dobre navrhnutý a vyrobený zemný výmenník tepla má vplyv na efektívnu prevádzku čerpadla. SPRIEVODCA: všetko, čo potrebujete vedieť o tepelnom čerpadle zemného zdroja.

Tepelné čerpadlo zem-voda je plne automatické vykurovacie zariadenie, ktoré možno použiť na vykurovanie vášho domu a výrobu teplej úžitkovej vody, ako aj na chladenie vášho domova v lete. Dobre zvolené zemné tepelné čerpadlo bude v takejto aplikácii fungovať bez toho, aby ste museli investovať do ďalšieho vykurovacieho zariadenia, ktoré by ho podporovalo v zime pri veľmi nízkych teplotách.Potreba inštalácie dodatočného vykurovacieho zariadenia by nielen predražila vykurovací systém, ale tiež by si vynútila predĺženie a komplikovanie inštalácie. Zemné tepelné čerpadlo čerpá energiu zo zeme, ktorej teplota je v určitej hĺbke aj v zime počas silných mrazov stála a vždy kladná. Zemné tepelné čerpadlo je ekologické – využíva obnoviteľnú energiu naakumulovanú v pôde a nevypúšťa do ovzdušia žiadne škodliviny. Zemné tepelné čerpadlo je možné nainštalovať do každého domu, nového alebo modernizovaného, najmä tam, kde nie je prístup k plynovej alebo vykurovacej sieti. Hoci je investícia do zemného tepelného čerpadla drahá, zariadenie umožňuje získať tepelnú energiu lacno. Najlepší efekt dosiahnete napájaním zemného tepelného čerpadla elektrickou energiou z fotovoltaickej inštalácie. Prečo sú náklady na investíciu do zemného tepelného čerpadla vysoké? Keďže je potrebné vykonať tzv spodný zdroj, ktorým môže byť horizontálny kolektor uložený v hĺbke 1,5 m.Výstavba vertikálneho kolektora je oveľa drahšia ako horizontálneho, pretože si vyžaduje vrty hlboké aj viac ako 50 m.

Obsah

  1. Pre koho je tepelné čerpadlo zem-voda určené
  2. Pozemné tepelné čerpadlo v poľskej klíme
  3. Tepelné čerpadlo zem zem - potrebujem stavebné povolenie alebo ohlásenie?
  4. Ako funguje tepelné čerpadlo zemného zdroja
  5. Pozemný kompresor tepelného čerpadla
  6. Tepelné čerpadlo zem zem s horizontálnym výmenníkom tepla
  7. Aká veľkosť zemného výmenníka tepla?
  8. Výpočet plochy horizontálneho výmenníka zemného tepelného čerpadla
  9. Vertikálny výmenník zemného tepelného čerpadla
  10. Výpočet dĺžky zemného vertikálneho výmenníka tepelného čerpadla
  11. Zemné tepelné čerpadlo – menší výkon znamená lacnejšiu inštaláciu
  12. Aké potrubia pre zemný výmenník tepelného čerpadla?
  13. Pracovná kvapalina v inštalácii tepelného čerpadla zemného zdroja
  14. Cena tepelného čerpadla zem

Pre koho je tepelné čerpadlo zem-voda určené

Keď je vykurovacia inštalácia ešte len vo fáze projektovania, nie je problém prispôsobiť ju parametrom každého tepelného čerpadla a na nezastavanom pozemku väčšinou nestoja prekážky pri výstavbe výmenníka potrebného na príjem tepla z zem. Musíte vedieť, že teplo v zemi v hĺbke 1,5 m pochádza takmer výlučne zo zrážok a slnečnej energie, preto by povrch nad výmenníkom tepla mal byť dobre vystavený slnečnému žiareniu a musí byť priepustný pre vodu. Nemožno nad ním vysadiť rastliny, ktorých korene by v budúcnosti mohli potrubie poškodiť. Treba počítať aj s tým, že prevádzkou tepelného čerpadla sa o niekoľko stupňov zníži teplota zeme, čo narúša vegetáciu rastlín. Z tohto dôvodu býva inštalácia zemného tepelného čerpadla na dlhodobo zastavanom pozemku často príliš problematická.

Výhody zemného tepelného čerpadla:

  • má vyššiu účinnosť v porovnaní so vzduchom, jeho prevádzkové náklady sú veľmi nízke
  • je najefektívnejší zdroj tepla
  • stabilná prevádzka aj v najchladnejšom období vďaka stálej teplote zeme
  • je bezúdržbový
  • môže poskytnúť aj lacné chladenie v lete
  • vonku nerobí hluk
  • na jeho kúpu získate najvyššiu dotáciu - skontrolujte si aktuálne dotácie na tepelné čerpadlá

Poruchy zemného tepelného čerpadla:

  • vysoká nákupná cena
  • na pozemku musíte mať priestor pre jeho zemný výmenník tepla
  • jeho montáž je náročnejšia ako vzduchové čerpadlo, kvôli potrebe vyrobiť spodný zdroj

Pozemné tepelné čerpadlo v poľskej klíme

Teplota zeme je oveľa stabilnejšia ako teplota vzduchu, takže zemné tepelné čerpadlo nemusí pracovať v širokom rozsahu teplôt výparníka a jeho komponenty môžu byť preto lacnejšie ako vzduchové čerpadlo s dobré parametre. V určitej hĺbke pod zemským povrchom, nazývanej hĺbka mrazu, je teplota vždy nad 0oC. Poľsko je rozdelené do štyroch zón, kde sa hĺbka pohybuje od 0,8 m (v zóne I) do 1,4 m (v zóne IV). Lokálne sa môže teplota zeme líšiť od týchto hodnôt (zem môže byť ochladzovaná napríklad silným vetrom). Dá sa však povedať, že v hĺbke viac ako 1,5 m má zem vždy plusovú teplotu. Čím hlbšie idete, tým je teplota zeme stabilnejšia - nie je ochladzovaná studeným vzduchom, ale aj menej sa zahrieva vplyvom slnečného žiarenia.

Tepelné čerpadlo zem zem - potrebujem stavebné povolenie alebo ohlásenie?

Medzi práce uvedené v platnom stavebnom zákone, ktoré nevyžadujú stavebné povolenie ani ohlásenie, patrí aj montáž tepelného čerpadla.O zemnom výmenníku sa však nehovorí. Keďže však jednotlivé čistiarne odpadových vôd a prípojky médií, ktoré si vyžadujú podobné zemné práce ako pri výstavbe vodorovného zemného výmenníka tepla, sú vyňaté z povinnosti povolenia, v praxi sa stavebné povolenie nevyžaduje (najlepšie je požiadať okresné úrady) . Potom stačí oznámiť zámer výstavby a počkať 30 dní na takzvaný tichý súhlas.

Pozemné práce súvisiace s usporiadaním takéhoto zariadenia môžu podliehať obmedzeniam vyplývajúcim z vodného zákona, ak rozhodnutie o ustanovení ochranného pásma odberu vody obsahuje ustanovenie o zákaze ich vykonávania.

Na výstavbu vertikálneho výmenníka sa však vzťahujú ustanovenia geologického a banského zákona. V takom prípade je potrebné vypracovať plán geologických prác, ktorý je potrebné predložiť príslušnému orgánu geologickej správy najneskôr osem týždňov pred plánovaným termínom začatia prác.Môžu sa pripojiť, ak starosta do 30 dní odo dňa predloženia projektu nevznesie námietku rozhodnutím. Zámer vykonať vrtné práce je potrebné oznámiť príslušnému orgánu geologickej správy, banskému dozoru a prednostovi obce, starostovi alebo predsedovi príslušnému podľa miesta výkonu práce - najmenej dva týždne pred plánovaným termínom začatia práce. Vŕtanie môžu vykonávať iba osoby s príslušnou kvalifikáciou. Do šiestich mesiacov od ukončenia prác je potrebné odovzdať geologickému správnemu orgánu „Dokumentáciu vykonaných geologických prác za účelom využitia tepla zeme“, ktorá obsahuje prehľad a súhrn vykonaných prác a výskumov.

Prečítajte si tiež:

  • Náklady na vykurovanie tepelným čerpadlom
  • Kedy investovať do tepelného čerpadla zem a kedy do vzduchového tepelného čerpadla
  • Účinnosť tepelného čerpadla - čo to je, ako sa meria?
  • Výmena kotla na uhlie za tepelné čerpadlo - aké môžu byť problémy?

Ako funguje tepelné čerpadlo zemného zdroja

Na príjem tepla zo zeme je potrebný zemný výmenník tepla. Je to jednoducho potrubie umiestnené v zemi vytvárajúce slučku, v ktorej cirkuluje kvapalina bežne nazývaná soľanka. Slučka (v praxi ich je niekoľko) prechádza cez výparník zemného tepelného čerpadla, v ktorom teplota soľanky klesá a je nižšia ako teplota zeme. Pokračovaním prietoku potrubím v zemi sa soľanka postupne ohrieva. Nakoniec sa vracia do výparníka, kde odovzdáva teplo. Týmto spôsobom sprostredkúva jeho výmenu medzi zemou a výparníkom čerpadla. Výmenník môže byť horizontálny alebo vertikálny. Výber riešenia závisí od veľkosti pozemku – na vyhotovenie horizontálneho výmenníka je potrebných niekoľko stoviek metrov štvorcových, na vertikálne sondy stačí niekoľko desiatok. V súčasnosti sa najčastejšie inštalujú zemné tepelné čerpadlá s vertikálnym výmenníkom.Dôležité je, aby výmenník nebol príliš malý – počas celej vykurovacej sezóny dostáva čerpadlo zo zeme niekoľko megawatthodín tepla. Ak je príliš malé, dôjde k prechladeniu a následne zemné čerpadlo nemôže správne fungovať. Riadiaci systém zemného tepelného čerpadla ho zvyčajne vypne, keď teplota soľanky klesne na -7oC, pretože pod touto hodnotou sú procesy v cykle kompresora nadmerne narušené.

Pozemný kompresor tepelného čerpadla

Kompresor je srdcom každého tepelného čerpadla. Spolu s expanzným ventilom slúži na stláčanie a expanziu chladiva a vytváranie výmeny tepla v kondenzátore a výparníku. Väčšina tepelných čerpadiel zemného zdroja používa rotačné špirálové kompresory zapnuté a vypnuté, ktoré majú zvyčajne pevnú kapacitu. Kompresor však môže byť vybavený invertorom s plynulou, variabilnou kapacitou. To umožňuje modulovať výkon zemného tepelného čerpadla, teda lepšie prispôsobiť jeho prevádzkové parametre (vykurovací výkon) potrebám objektu v danom momente.Pri použití s invertorovým kompresorom má tepelné čerpadlo lepší COP a beží menej často, takže jeho prevádzka stojí menej.

Tepelné čerpadlo zem zem s horizontálnym výmenníkom tepla

V prípade horizontálneho rúrkového výmenníka je optimálna hĺbka 0,2-0,5 m pod hranicou námrazy. Ak je však vodný tok v relatívne malej hĺbke, potom je najlepším riešením umiestniť potrubia do neho. Tepelné čerpadlo zem-voda potom dosahuje vyššie COP. Potrubie horizontálneho výmenníka sa ukladá do vopred pripravenej ryhy s rozmermi zodpovedajúcimi požadovanému povrchu výmenníka. Vykonávajú sa vo forme zvitku (meandrov) po celom povrchu výkopu so špecifickými intervalmi medzi susednými úsekmi. Rozostup by nemal byť menší ako 0,4 m ani väčší ako 1,2 m – prispôsobené typu pôdy, čo určuje jej schopnosť „regenerácie“ (dopĺňania tepla).Čím dlhšie je povrch zeme zamrznutý, tým väčší by mal byť rozostup.

Majte na pamäti, že tepelný výkon výmenníka tepla nevyplýva z dĺžky potrubia, ale z povrchu zeme, na ktorom je položený. Menší rozostup neumožňuje odoberať z neho viac tepla, ale vyžaduje si dlhšie potrubie. To sa premieta do vyšších investičných a prevádzkových nákladov, pretože na prečerpávanie soľanky cez dlhšie potrubie je potrebné výkonnejšie obehové čerpadlo. Príliš veľká vzdialenosť medzi potrubím však znamená, že teplo sa nedostáva v predpokladanom množstve, takže výkon výmenníka je nižší.

Horizontálne zemné tepelné čerpadlo - prevádzková schéma (obr. nižšie)

Výpočet plochy horizontálneho výmenníka zemného tepelného čerpadla

Sila, s ktorou zemný výmenník odovzdáva teplo, závisí od typu pôdy a konkrétne od jej vlhkosti. V závislosti od toho sa na výpočet povrchu horizontálneho výmenníka tepla používajú nasledujúce hodnoty tepelnej účinnosti zeme qg (pre polyetylénové rúry):

  • piesková suchá - 10 W/m2
  • piesočná mokrá - 15-20 W/m2
  • íl suchá - 20-25 W/m2
  • vlhká hlina - 25-30 W/m2
  • mokrý (vodonosná vrstva) - 35-40 W/m2.

Samozrejme, toto sú približné hodnoty.

Je ťažké posúdiť, či je pôda v celej ploche výmenníka tepla až do začiatku výstavby rovnaká, preto je bezpečnejšie použiť na výpočet nižšiu hodnotu. V správne vyrobenom systéme kompresor tepelného čerpadla pracuje od 1800 do 2400 hodín ročne - nižšia tepelná účinnosť pôdy má za následok dlhší pracovný čas.

Plocha výmenníka sa vypočíta podľa nasledujúceho vzorca: A=Qchł/qg

Príklad: potreba domu na energiu na vykurovanie je 14 kW a čerpadlo ju má pokryť v plnej miere (má pracovať v monovalentnom systéme).Zvolené zariadenie dosahuje tepelný (vykurovací) výkon 14 kW pre parametre B0/W35, pričom dosahuje koeficient výkonu COP=4,5. Chladiaci výkon je teda Qchch=(4,5-1)/4,5 14=10,9 kW, teda 10 900 W. Výmenník má byť vyrobený v suchej ílovitej pôde, takže jeho plocha by mala byť A=10 900/20=545 m2Všimnite si, že v prípade vodonosnej vrstvy môže byť výmenník takmer polovičný, ale ak je zem piesčitá, jeho plocha je nad 1000 m2 V tejto situácii je lepšie umiestniť rúry vertikálne - do vrtov.

Vertikálny výmenník zemného tepelného čerpadla

Vyššie COP dosahuje tepelné čerpadlo pri zvislom umiestnení rúr výmenníka v zemi - vo vrtoch hlbokých 40-150 m. Je to preto, že pod 10 m je teplota zeme po celý rok okolo 10°CoC - v zime takmer o desať viac ako v hĺbke 1,5 m.

Výroba vertikálneho výmenníka je však jednoznačne drahšia ako horizontálneho. Sú to zvislé segmenty potrubia tvoriace slučku (rúrka vedie dolu studňou, dole sa otáča a je vedená hore). Nazývajú sa geotermálne sondy. V tomto prípade sa nepočíta plocha, ale celková dĺžka výmenníka, ktorý sa zvyčajne skladá z viac ako jednej sondy.

Vo vertikálnych jamkách je umiestnený jeden alebo dva páry rúr (sondy typu U alebo dvojité U). Zasúvanie rúry do vrtu uľahčuje hlavica - prvok spájajúci zvislé rúry, ktorý je možné prispôsobiť na použitie prídavnej plniacej (tlačnej) rúry. Hlava sa zasunie do vyvŕtaného otvoru a s ňou aj rúrky výmenníka tepla. Potom sa do otvoru cez plniacu rúrku zavedie betónovo-cementová zmes.

Vo výmenníku typu U steká kvapalina jednou rúrkou dole do hlavy a druhou sa z nej vracia. V dvojitom U výmenníku - tečie dvomi rúrkami dole a dvomi hore.

Vzdialenosť medzi vrtmi do hĺbky 50 m by nemala byť menšia ako 5 m, v prípade hlbších od 8 do 15 m. Mali by byť umiestnené v línii kolmej na smer prúdenia podzemnej vody .

Výpočet dĺžky zemného vertikálneho výmenníka tepelného čerpadla

V tomto prípade je dôležité zistiť, ako sa menia vlastnosti pôdy s hĺbkou. Tieto informácie môžu poskytnúť geologické mapy a dokumentácia vrtov predtým navŕtaných v okolí. Na základe toho je možné posúdiť hrúbku jednotlivých vrstiev zeminy a vypočítať priemernú hodnotu súčiniteľa tepelnej vodivosti l pre plochu, kde majú byť umiestnené rúry výmenníka. Výpočty však nedokážu zohľadniť všetky pohyby podzemných vôd a v praxi sa často stáva, že získaný výsledok sa výrazne líši od skutočnosti. Aby sa zabezpečilo, že vertikálny výmenník bude správne fungovať, je potrebné vykonať skúšku pôdy v mieste, kde sa má vyrobiť.V tomto prípade tepelná kapacita zeme qg závisí aj od jej typu.

Pre rúry PE80 je:

  • suchá piesočnatá pôda - 10-12 W/m;
  • piesočná mokrá - 12-16 W/m;
  • stredne suchá hlina - 16-18 W/m;
  • stredne hlinitá mokrá - 19-21 W/m;
  • ťažká hlina suchá - 18-19 W/m;
  • ťažká ílovitá mokrá - 20-22 W/m;
  • mokrý (vodná vrstva) - 25-30 W/m.

Samozrejme, musíte vziať do úvahy hrúbku jednotlivých vrstiev konkrétneho typu pôdy a na základe toho vypočítať celkový výkon každej sondy.

Tepelná účinnosť zeme so suchou aj zvodnenou vrstvou pri použití dvojitých U sond (štyri rúrky vo vrte) je v priemere okolo 50 W/m. Ako približný návod možno teda predpokladať, že v prípade tepelného čerpadla uvažovaného vo výpočtovom príklade horizontálneho výmenníka tepla (s chladiacim výkonom 10,9 kW) sú vrty s celkovou dĺžkou L=10 900/50=Je potrebných 218 m, t.j. napríklad štyri 55 m každý.

Vertikálne zemné tepelné čerpadlo - prevádzková schéma (obr. nižšie)

Zemné tepelné čerpadlo – menší výkon znamená lacnejšiu inštaláciu

Náklady na investíciu do zemného tepelného čerpadla sú priamo úmerné tepelnému výkonu inštalácie. Preto aj napriek tomu, že koeficient výkonu zemného čerpadla s nástupom silných mrazov neklesá, stojí za zváženie použitie tepelného čerpadla v bivalentnom systéme. Najjednoduchšie je vybaviť ho elektrickým prietokovým ohrievačom vody (väčšinou je ponúkaný ako príslušenstvo - na montáž do plášťa tepelného čerpadla). Potom sa nastaví bivalentný bod a určí sa preň potrebný tepelný výkon čerpadla. Ak má tepelné čerpadlo zem vykurovať dom nachádzajúci sa v treťom klimatickom pásme a predpokladáme, že ho dokáže podporiť elektrický ohrievač pod vonkajšiu teplotu -10oC, potom tepelný výkon môže byť o 25 % nižší ako návrhové tepelné zaťaženie vypočítané v súlade s PN-EN 12831.Nižšie budú aj náklady na výrobu zemného výmenníka tepla.

V tomto príklade namiesto 10,9 kW chladiaceho výkonu stačí 8,2 kW, preto môže mať horizontálny výmenník tepla 410 m2namiesto 545 m2 a vertikála 164 m namiesto 218 m. Výhodou je okrem nižšej ceny aj menšia potreba miesta.

Aké potrubia pre zemný výmenník tepelného čerpadla?

Dĺžka jednej slučky (okruhu) je obmedzená - vyplýva z výkonu obehového čerpadla, ktorým je tepelné čerpadlo zemný zdroj zvyčajne vybavené z výroby (ak nie, dĺžka potrubia a vhodné obehové čerpadlo vyberie projektant inštalácie). Prípustná dĺžka potrubia by sa mala odčítať z technických údajov zariadenia. Závisí to od priemeru a druhu použitej pracovnej kvapaliny (soľanky). V prípade tepelných čerpadiel s výkonom do niekoľkých kilowattov sa používajú od jednej do štyroch slučiek po 100 – 400 m z potrubia s priemerom DN25 až DN65 (v závislosti okrem iného od potrubia materiál).Pre horizontálne výmenníky sa najčastejšie používajú polyetylénové rúry PE100 (ak nie sú v zemi kamene) alebo PE100 RC, pre vertikálne je možné použiť rúry PE80. Zemné výmenníky tepla sú tiež vyrobené z PE-Xa, polybutylénu (PB) a medených rúr s plastovým plášťom.

Potrubie zemného výmenníka tepla musí byť naplnené kvapalinou, ktorá pri mínusových teplotách nezamŕza, pre istotu sa predpokladá, že do -15oC, hoci tepelné čerpadlo má ochranu, ktorá ho vypne pri - 7oC (potom prestane chladiť zem). Pretože atmosférický vzduch môže byť ešte chladnejší, potrubie výmenníka mu nesmie byť na žiadnom mieste vystavené – musí byť uložené v zemi v hĺbke minimálne 0,5 m, prípadne tepelne izolované. V blízkosti potrubí prechádzajúcich stenou budovy je potrebná izolácia, aby do 2 m od základu nepremrzla zemina, čo by mohlo spôsobiť stavebnú katastrofu.

Pracovná kvapalina v inštalácii tepelného čerpadla zemného zdroja

V minulosti sa v zariadeniach na prepravu tepla zo zeme používal roztok soli NaCl, preto dodnes funguje termín – čerpadlá soľanky. Soľanka sa už dávno nepoužíva. Najpopulárnejší je vodný roztok propylénglykolu považovaný za ekologický. Vo všeobecnosti sa odporúča na plnenie inštalácie - možno ju zakúpiť ako hotovú pracovnú kvapalinu pre túto aplikáciu. Pri jeho výbere by ste sa mali riadiť odporúčaniami výrobcu tepelného čerpadla, pretože kvapalina môže obsahovať rôzne prísady inhibítorov, stabilizátorov, antioxidantov a odpeňovačov. Propylénglykol má nielen dostatočne nízky bod tuhnutia, ale ani nekoroduje kovy, nerozpúšťa plasty a nezadrháva čerpadlá. Jeho hustota a viskozita, ktoré sa premietajú do množstva energie potrebnej na čerpanie, je však väčšia ako u vody, preto sa používa v malej koncentrácii (34 %). Existuje samozrejme veľa tekutín, ktoré pri -15oC nemrznú.Často sa používa aj roztok etylénglykolu, ktorý sa však považuje za škodlivý pre životné prostredie, pretože je jedovatý a nepodlieha biologickému rozkladu.

Etanol má tiež dobré vlastnosti - jeho najväčšou výhodou je nízka viskozita a hustota, vďaka čomu jeho čerpanie spotrebuje menej energie. Jeho používanie nie je obľúbené pre jeho horľavosť, vysokú prchavosť, intenzívny zápach a predovšetkým chýbajúce mazacie vlastnosti, pri ktorých hrozí zadretie obehového čerpadla. Preto niektorí výrobcovia zakazujú jeho používanie.

Cena tepelného čerpadla zem

Cena tepelného čerpadla zem-voda sa pohybuje od takmer 30 000 PLN. na viac ako 60 000 PLN.

Kategórie:

Rekonštrukcia