Najobľúbenejšie sú čerpadlá, ktoré odoberajú teplo zo zeme - pokiaľ možno za mokra, hlinité. Suchý piesok poskytuje niekoľkokrát menej tepla
Názory na tepelné čerpadlá sú skeptické alebo veľmi nadšené. Čo od nich môžeme skutočne očakávať? Aké sú princípy činnosti tepelného čerpadla? Je zostava čerpadla zisková? Predstavujeme najobľúbenejšie riešenia, približujeme energetické ukazovatele.
Prevádzka tepelného čerpadla
Aký je princíp činnosti tepelného čerpadla?
Tepelné čerpadlo je zariadenie, ktoré využíva teplo z prostredia na vykurovanie miestností - zvyčajne ho berie zo zeme, vody alebo vzduchu a prepravuje ho do vykurovacieho systému. Týmto spôsobom môžete využívať energiu, za ktorú nemusíte platiť. Tepelné čerpadlo okrem toho nespotrebuje žiadne palivo, neemituje výfukové plyny a účinok jeho činnosti spôsobuje iba o niekoľko stupňov zníženie teploty média, z ktorého prijíma teplo. Znie to povzbudivo, však? Áno, ale musí to byť samozrejme úlovok - nič zadarmo.
V prvom rade je tepelné čerpadlo relatívne drahé. Našťastie to však nie je také, aby sa nemohlo široko využívať - dokonca aj v Poľsku už tisíce z nich pracujú.
Druhým problémom - na prepravu tepla musí byť čerpadlo napájané. V bežne používaných zariadeniach je to elektrina. Je to najdrahšie spomedzi populárnych nosičov energie. Je pravda, že čerpadlo to veľa nepotrebuje a jeho prevádzka je veľmi lacná. Ale je to skutočne tak? Ziskovosť jeho použitia závisí od toho.
Ako sa prenáša teplo?
Ako je možné, že teplo z chladnejšieho prostredia sa prenáša do oveľa teplejších miestností?
Kvapalina (tzv. Pracovné médium) cirkuluje v okruhu tepelného čerpadla, ktorý je vystavený termodynamickým procesom: pri nízkej teplote sa odparuje, čím sa odvádza teplo z okolitého prostredia. Už ako plyn je stlačený v elektricky poháňanom kompresore, vďaka čomu sa jeho teplota zvyšuje. Je taká vysoká, že stačí ohriať vodu v systéme ústredného kúrenia alebo vzduch vháňaný do miestností. Vydaním tepla pracovné médium kondenzuje a stáva sa tekutým. Tečie cez škrtiaci prvok, v ktorom - v dôsledku expanzie - jeho teplota výrazne klesá. V tomto stave sa vracia do výmenníka, kde prijíma teplo z okolia a celý cyklus sa opakuje.
Pre tepelné čerpadlá využívajúce prízemné teplo je potrebná špeciálna inštalácia nazývaná výmenník zemného tepla, ktorá dodáva teplo do výparníka čerpadla. Je vyrobený z ohybných rúr, ktoré ich ukladajú do zeme v jednej alebo dvoch rovinách alebo vo forme špirály. Aby bolo možné získať čo najviac tepla, mal by sa výmenník umiestniť v hĺbke, kde je teplota zeme najvyššia. Vzhľadom na náklady a ziskovosť investície je len mierne pod bodom mrazu (v závislosti od regiónu Poľska je to od 0, 8 do 1, 4 m pod úrovňou terénu).
Množstvo tepla, ktoré je možné odobrať zo zeme, závisí predovšetkým od fyzikálnych vlastností pôdy, najmä od jej vlhkosti, do určitej miery aj od vystavenia pôdy slnečnému žiareniu. Hustota tepelného toku v ílovitej pôde dosahuje viac ako 30 W / m2, zatiaľ čo v suchej piesočnatej vrstve môže byť nízka ako 10 W / m2, čo je trikrát menej. Povrch výmenníka potrebný na dosiahnutie vykurovacej kapacity 10 kW sa teda môže pohybovať od 330 do 1 000 m2. Výmenníky tepla usporiadané vodorovne v zemi potrebujú na pozemku veľa priestoru.
Výmenníky vo forme vertikálnych sond sú v tomto ohľade menej náročné. Rúry takého výmenníka sú umiestnené v studniach hlbokých niekoľko desiatok až niekoľko stoviek metrov. Je to ťažšie ako položiť potrubie vodorovne, vyžaduje použitie špecializovaného zariadenia, takže to stojí viac. Môže sa však ukázať ako výnosný na pozemkoch s veľmi nízkou úrovňou podzemnej vody, kde by horizontálny výmenník musel mať veľmi veľkú plochu. Ako vodítko je možné predpokladať, že na získanie 1 kW vykurovacieho výkonu je potrebných 20 m hlbokého vrtu (t. J. Až 200 m, keď je dopyt 10 kW). Vo všeobecnosti sa namiesto jednej veľmi hlbokej jamky vytvorí niekoľko plytších studní, ktoré by mali byť od seba vzdialené najmenej 5 m.
Energia podzemnej vody
Ak je potreba tepla vysoká, môže byť výhodnejšie získať energiu z podzemnej alebo povrchovej vody - ich teplota v zime sa pohybuje medzi 0 a 10 ° C. Energetické ukazovatele tohto riešenia sú ešte lepšie ako v prípade podzemných čerpadiel, je však potrebné zohľadniť ďalšie náklady a problémy spojené so znečistením vody. Je potrebné ho filtrovať a často ho čistiť a dokonca vymieňať korozívne súčasti zariadenia. Na dosiahnutie výkonu 10 kW je potrebný prietok viac ako 2 m3 / h vody pri 5 ° C, takže čerpanie spotrebuje značné množstvo energie, čo nepriaznivo ovplyvňuje účinnosť systému.