Ohrev pitnej vody tepelným čerpadlom

Tepelné čerpadlá sú dnes veľmi perspektívnym zdrojom energie pre domácnosti, komerčné budovy i verejný sektor. Ich čoraz častejšie využívanie v praxi ukazuje, v ktorých detailoch si vyžadujú osobitý prístup. Jedným z nich je aj správne riešenie ohrevu pitnej vody.


Tepelné čerpadlo ako jediný zdroj tepla nefunguje na princípe jednoduchej premeny dodanej energie na teplo. Dodanú energiu len v zlomkovej hodnote spotrebúva na čerpanie energie z vonkajšieho prostredia, kde sú jej prakticky nevyčerpateľné zásoby, preto ju nazývame obnoviteľnou energiou. Úlohou tohto zariadenia je prečerpať teplo z nižšieho teplotného potenciálu vonkajšieho vzduchu, vody či zeme na vyšší potenciál potrebný pri vykurovaní interiéru alebo ohreve vody. Pri letnom chladení je to samozrejme naopak.

Limity tepelného čerpadla

Tento mimoriadny princíp, ktorý ľudstvo pozná už 150 rokov, zaznamenáva rozmach až v poslednom desaťročí vďaka rozvoju potrebných technológií. Každá minca má však rub aj líc a aj tepelné čerpadlá majú svoje špecifiká. Nie sú určené na dosahovanie vyšších výstupných teplôt vykurovacej vody, čo môže vytvárať problémy napr. pri príprave teplej vody alebo pri starých vykurovacích systémoch navrhnutých na vyššie teploty prívodu. Spočíva to v tom, že vlastný termodynamický obeh tepelného čerpadla dovoľuje prekračovať len o máličko teplotu 60 °C a v tomto režime má už zariadenie veľmi zlú hospodárnosť prejavujúcu sa v poklese výkonu.„Práca, ktorú musí tepelné čerpadlo vykonávať, je daná rozdielom teplôt vonkajšieho prostredia na jednej strane a vykurovacej vody na výstupe tepelného čerpadla na strane druhej. Aby sa táto fyzikálna skutočnosť prejavila na spotrebe zariadenia čo najmenej, tepelné čerpadlá pracujú v okruhu vykurovacej vody s veľmi nízkym teplotným spádom okolo 5 K. Dosahuje sa to vysokým prietokom vykurovacej vody v okruhu, to ale súčasne znamená, že vykurovaciu vodu dokáže tepelné čerpadlo zohriať len o uvedených 5K,“ vysvetľuje odborník na vykurovacie systémy Ladislav Truchlík zo spoločnosti Wolf Slovenská republika.

Dôležitý ohrev pitnej vody

Tento stav sa nepriaznivo prejavuje hlavne pri ohreve pitnej vody. Ak ju budeme zohrievať v zásobníkovom ohrievači vody, na dostatočné vychladenie vykurovacej vody potrebujeme ohrievací register s podstatne väčšouplochou než zvyčajne. Bežné ohrievače vody pripájané na klasické zdroje tepla sú nepoužiteľné, lebo vedú k veľmi rýchlemu prehriatiu tepelného čerpadla a jeho vypnutiu. Keďže každé tepelné čerpadlo má dovolené len 3 štarty za hodinu, v priemere 20-minútová prestávka v činnosti systémus takýmto ohrievačom vody predstavujeneprijateľné riešenie. Preto si tepelné čerpadlá vyžadujú špeciálne ohrievače vody s plochou ohrevného registra aspoň 0,25 m2/kW výkonu tepelného čerpadla.


„Uvedené zákonitosti sa musia zohľadniť aj pri ohreve kombinovaných akumulačných zásobníkov vody, ktoré využívajú na prípravu teplej vody hornú horúcu zónu. Pritom sa používajú rôzne princípy, napr. zásobníkový ohrev pitnej vody typu „nádoba v nádobe“ alebo prietokový ohrev vo vlnitej antikorovej rúre navinutej vo vnútri zásobníka. V oboch prípadoch musí byť v hornom objeme zásobníka horúca voda v dostatočne vysokej vrstve, aby sa dosiahol potrebný prestup tepla z vykurovacej do ohrievanej pitnej vody. Nestačí malá vrstva horúcej akumulačnej vody pod hornou „kopulou“ zásobníka, ohrievaná voda by nedosiahla požadovanú teplotu,“ upozorňuje Ladislav Truchlík, produktový manažér Wolf Slovenská republika.

Vrstvový zásobník vody

Skutočným vrstvovým akumulačným zásobníkom vody je zásobník Wolf typu BSP, ktorý využíva na prietokový ohrev pitnej vody doskový výmenník tepla patričnej dimenzie. Spolu s ďalším príslušenstvom je v ucelenom tepelne izolovanom bloku upevnenom na hornej časti zásobníka. Primárne čerpadlo, ktoré sa spúšťa pri odbere teplej vody, ťahá horúcu ohrievaciu vodu z najvyššej vrstvy zásobníka. Termostatický zmiešavač pritom udržiava jej teplotu na vstupe do doskového výmenníka na takej úrovni, abysa pretekaná pitná vodazohriala na nastavenú teplotu. Stačí na to aj minimálna vrstva horúcej vody v zásobníku, celý objem pod ňou môže byť úplne studený.

Ohrev vrstvového zásobníka vody tepelným čerpadlom

Ak budeme tento studený objem ohrievať tepelným čerpadlom pri spomínanom zvýšení teploty o 5 K, je pochopiteľné, že nesmieme rozbiť teplú zónu na vrchu zásobníka. Dá sa to dosiahnuť tzv. spodným plnením, čiže„nabíjaním“ studenej zóny teplejšou vodou zdola bez ovplyvnenia teplotného rozvrstvenia. Akumulačné zásobníky vody majú na pripojenie primárnych zdrojov tepla ako aj sekundárnych okruhov spotreby spravidla 2 zvislé rady so 4 hrdlami. A tie bývajú obsadené týmito pripojenými okruhmi. Aby sa dal uplatniť princíp spodného plnenia, musí sa vytvoriť v jednom rade ešte piate hrdlo na pripojenie spiatočky tepelného čerpadla, využívané práve pri ohreve vody. Akumulačný zásobník vody Wolf typu BSP-W, určený špeciálne pre tepelné čerpadlá, je takto vybavený a dosahuje inak neprekonateľné parametre hospodárnosti, ale aj komfortu pri ohreve pitnej vody tepelným čerpadlom. K tomu patrí podľa zobrazenejschémy ešte dvojica prepínacích ventilov a automatika tepelného čerpadla, ktorá zabezpečí ich riadenie.

Viac informácií na www.wolfsr.sk

 

19.11. 2013