Teplota proudění tepelných čerpadel má velký vliv na jejich účinnost. Čím je nižší, tím méně energie zařízení spotřebuje. Průtoková teplota je teplota, kterou má topná voda po ohřátí generátorem tepla, jako je tepelné čerpadlo, plynový kotel nebo podobný přístroj, v průtoku topným systémem. Opakem teploty průtoku je tzv. teplota zpátečky, která popisuje úroveň teploty topné vody po uvolnění tepla a jeho navrácení do topného systému. Tím vzniká rozdíl mezi teplotou průtoku a teplotou zpátečky, který se označuje jako teplotní rozdíl. Důležitou roli hraje také systém rozvodu tepla.
Vliv průtokové teploty na účinnost tepelného čerpadla
Zejména u tepelných čerpadel je důležité správně nastavit teplotu průtoku, protože jedině tak může spotřebič pracovat efektivně a nedochází ke zbytečné spotřebě energie. Příliš vysoká teplota zbytečně zatěžuje kompresor tepelného čerpadla a způsobuje, že zařízení potřebuje ke své funkci více energie. Pokud je však průtoková teplota na vašem topném systému nastavena příliš nízko, může se stát, že se dům řádně nevyhřeje nebo se vyhřívá jen velmi pomalu, přestože má odpovídající topný výkon.
Tepelné čerpadlo absorbuje teplo ze vzduchu, země nebo vody. To předává chladivu, které se přitom odpařuje. Páry pak proudí do kompresoru, který nejen zvyšuje tlak chladiva, ale také zvyšuje jeho teplotu na úroveň teploty proudění v topném systému. Horké páry chladiva pak předávají své teplo topné vodě a samy se přitom ochlazují. Médium přejde do kapalného stavu, rozpíná se a proces začíná znovu. Jinými slovy, pokud je průtoková teplota topného systému vysoká, musí kompresor pracovat intenzivněji, aby zvýšil teplotu chladiva. Spotřeba energie tepelného čerpadla se zvyšuje a náklady na vytápění rostou.
Hrubým odhadem lze říci, že snížení průtokové teploty vede k úspoře elektrické energie až o 2,5 procenta na stupeň. Optimální teploty pro tepelné čerpadlo by měl nastavit instalatér. Ten může pomocí výpočtu potřeby tepla a potrubní sítě určit ideální topnou křivku, a tím i správné hodnoty.
Typy tepelných čerpadel a jejich teplotní rozsahy
Věděli jste, že tím, co významně ovlivňuje výkon a efektivitu tepelného čerpadla, je i teplota topné vody? Ta nejen že určuje, jakým způsobem je možné vyrobené teplo využít, ale rozhoduje i o tom, jaký typ otopného systému bude možné v kombinaci s tepelným čerpadlem nainstalovat. Pojďme se podívat na různé typy tepelných čerpadel a na to, jak dosáhnout nejvyšší možné efektivity díky optimalizaci teploty topné vody.
Čtěte také: Vliv teploty na asfalt při pokládce
- Nízkoteplotní tepelná čerpadla
- Teplotní rozsah: 30-35 °C
- Použití: Ideální pro podlahové vytápění, kde je nízká teplota topné vody efektivní.
- Výhody: Vysoká účinnost, nízké provozní náklady.
- Nevýhody: Nevhodné pro starší budovy s nedostatečnou izolací a standardními radiátory, které vyžadují vyšší teploty.
- Středně teplotní tepelná čerpadla
- Teplotní rozsah: Do 55 °C
- Použití: Může být použito jak pro podlahové vytápění, tak pro standardní radiátory.
- Výhody: Dobrá rovnováha mezi účinností a schopností vyhřívat většinu domácností.
- Nevýhody: Vyšší teplota vody může snížit účinnost v porovnání s nízkoteplotními systémy.
- Vysokoteplotní tepelná čerpadla
- Teplotní rozsah: Do 75 °C
- Použití: Starší domy s malými radiátory.
- Výhody: Schopnost dodávat vysokou teplotu vody pro starší topné systémy.
- Nevýhody: Nižší účinnost, často je potřeba dodatečné zahřívání pomocí elektrokotle, což zvyšuje provozní náklady.
Proč je důležitá nízká teplota topné vody?
Čím nižší teplotou topíme, tím efektivnější je provoz tepelného čerpadla. Tepelné čerpadlo pracuje na principu přenosu tepla z venkovního prostředí do vnitřního prostoru. Pokud je teplota topné vody nižší, tepelné čerpadlo spotřebuje méně energie na dosažení požadované teploty = vyšší účinnost a nižší provozní náklady.
Nastavení a optimalizace průtokové teploty
Pokud si chcete nastavení provést sami, máte obvykle k dispozici pouze metodu pokusu a omylu. Abyste se vyhnuli chybám měření, neměli byste je již nastavovat při změnách topné křivky. Poté můžete křivku upravit, buď ji udělat strmější, což má smysl u špatně izolovaných starých budov, nebo ji zploštit, pokud má váš dům vyšší izolační standard. Proto při úpravách provádějte vždy jen malé změny a přibližte se tak teplotám, které vyhovují vašemu topnému systému.
Ekvitermní regulace
Pro nejlepší výkon tepelného čerpadla doporučujeme použití ekvitermní regulace, která upravuje teplotu topné vody podle venkovní teploty. Pomocí ekvitermní křivky můžeme nastavit, aby tepelné čerpadlo produkovalo právě tolik tepla, kolik je potřeba pro udržení komfortní teploty v domácnosti.
Hydraulické vyvážení
Hydraulické vyvážení se používá k nastavení určitých rovnoměrných objemových průtoků v rozvodech tepla, aby celý topný systém pracoval optimálně. Pokud je například proud v některých kanálech příliš slabý, lze to škrcením jiných vedení a okruhů kompenzovat tak, aby byly všechny radiátory rovnoměrně zásobovány tepelnou energií ze zdroje tepla. Hydraulické vyvážení otopné soustavy zajišťuje, že všechny místnosti a otopné plochy jsou zásobovány potřebným množstvím tepla. Hydraulické vyvážení zabraňuje nedostatečnému zásobování a často můžete nastavit o něco nižší teplotu průtoku.
Další tipy pro snížení průtokové teploty
- Přizpůsobení systému rozvodu tepla: Na jedné straně můžete přizpůsobit systém rozvodu tepla, například výměnou starých nebo malých radiátorů za modernější a větší. Pokud plánujete provozovat tepelné čerpadlo v novostavbě, měli byste nechat instalovat podlahové nebo stěnové vytápění. Nástěnné, stropní a podlahové vytápěcí systémy si díky svým velkým otopným plochám vystačí s velmi nízkými teplotami systému.
- Snížení vytápěcí zátěže budovy: Dalším způsobem, jak snížit teplotu průtoku, je snížit vytápěcí zátěž budovy. Můžete také zvážit energetickou modernizaci a vyměnit okna nebo zateplit fasádu.
- Optimalizace teplot v místnostech: Čím teplejší má být místnost, tím více energie musí topný systém dodávat. V důsledku toho musí tepelné čerpadlo dodávat také vyšší teplotu průtoku. Pokud snížíte teplotu v místnosti trvale nebo podle potřeby, můžete si nechat odpovídajícím způsobem upravit regulaci topného systému.
Letní provoz tepelného čerpadla: Chlazení a ohřev vody
Tepelná čerpadla jsou efektivní zejména při vytápění domů v zimních měsících. Jejich užitek však není omezen pouze na topnou sezónu. V letních měsících totiž majitelům domů nabízí řadu výhod, včetně možnosti chlazení. I v létě může tepelné čerpadlo uživatelům přinášet úspory a přinášet komfort v podobě ochlazování vnitřní teploty nebo přihřívání vody v bazénu.
Čtěte také: Teplota a pevnost betonu
Chlazení s tepelným čerpadlem
Tepelné čerpadlo typu vzduch-voda funguje v principu jako obrácená klimatizace. To znamená, že v horkých letních dnech dokáže ochladit váš interiér a zajistit tak příjemné klima. Tepelné čerpadlo vzduch-vzduch je klimatizace. Funguje tak, že odebírá teplo z vnitřku domu prostřednictvím jedné nebo více vnitřních jednotek a přenáší ho ven prostřednictvím venkovní jednotky umístěné diskrétně na vnější straně domu. Jedná se o opačný proces, než při kterém tepelné čerpadlo vzduch-vzduch ohřívá váš domov v chladných dnech.
Využijte podlahové topení i v létě - k ochlazení celého domova. Díky tepelnému čerpadlu, které umožňuje reverzní provoz, ochladíte dům či byt i bez klimatizace. Jediným rozdílem mezi podlahovým chlazením a topením je teplota vody v systému. Stačí ji snížit o několik stupňů a dosáhnete příjemné teploty i v horkých letních dnech. Mezi hlavní plusy podlahového chlazení patří oproti klimatizaci především zdravotní benefity. Podlahové chlazení nevíří prach, ve kterém mohou přebývat roztoči či bakterie, a je tak ideální volbou například pro alergiky. I u chlazení podlahovým topením můžete najít několik nedostatků. Studený vzduh se drží u země a teplý stoupá vzhůru. Proto chlad pocítíte nejdříve u nohou. Podlahové chlazení nelze využít kdykoliv je vám doma trochu tepleji. Efektivní chlazení začíná při teplotách nad 24 °C.
Aktivní a pasivní chlazení
Rozlišujeme aktivní a pasivní chlazení pomocí tepelného čerpadla.
- Aktivní chlazení: Využívá kompresor tepelného čerpadla k aktivnímu „čerpání“ tepla z vnitřního prostředí ven. Teplý vnitřní vzduch je nasáván ventilátorem do výparníku, kde chladivo odebírá teplo a dochází k jeho odpařování. Plynné chladivo je stlačeno kompresorem, čímž se zvyšuje jeho tlak a teplota. Kapalné chladivo prochází expanzním ventilem, kde se prudce sníží jeho tlak a teplota. Pokud potřebujete chladit i v horkých letních dnech a prioritou je pro vás chladicí výkon, aktivní chlazení bude pravděpodobně vhodnější volbou.
- Pasivní chlazení: Využívá přirozený tok tepla z vnitřního prostředí do chladnějšího venkovního prostředí. Teplý vnitřní vzduch cirkuluje potrubím v zemi nebo ve vodě, kde odevzdává teplo tomuto chladnějšímu médiu. Pokud kladete důraz na co nejnižší provozní náklady a ekologický provoz, pasivní chlazení je pro vás dobrou volbou.
Doporučené nastavení teploty v létě
Lidé často říkají, že byste měli celoročně udržovat teplotu okolí 21-22˚C, ale v létě by vám to mohlo připadat příliš chladné. Při chlazení domu byste se měli snažit, aby rozdíl mezi venkovní a vnitřní teplotou činil 4˚C. Při větším rozdílu riskujete, že vaše tělo dostane při pobytu venku šok, který může být škodlivý pro zdraví. Udržování teploty v tomto rozmezí je také lepší pro spotřebu energie. Ale nakonec je to o tom, co je příjemné vám a lidem kolem vás. Nezapomeňte, že někteří z nás snášejí horko hůře než jiní, například starší lidé nebo děti. Domácí zvířata také nemají ráda přílišné horko nebo zimu. Záleží také na místnosti, protože je možné, že v místech, kde se spí, budete chtít mít chladněji než v obytných místnostech.
Ohřev teplé vody v létě
Tepelné čerpadlo má v létě nejvyšší možnou účinnost, a proto je ideální pro ohřev topné vody. V porovnání s elektrickým bojlerem je to mnohem ekologičtější a levnější varianta. Pokud máte spotřebu cca 100 l/den, investice do tepelného čerpadla se vám rychle vrátí. Pro přípravu teplé vody je nutné mít na výstupní straně vodu. Hygienickým standardem je teplota teplé vody 55 °C. Ohřátí vody na 55 °C přes výměník vyžaduje výstupní teplotu z tepelného čerpadla okolo 60 °C. V bytových domech má být tento standard dodržen s tím, že v omezených případech může teplota dočasně poklesnout.
Čtěte také: Betonování v extrémních teplotách
Podlahové vytápění a jeho synergie s tepelným čerpadlem
Podlahové topení je nízkoteplotní systém s efektivním přenosem tepla - využívá princip sálání, kdy je teplo přenášeno přímo na objekty v místnosti a zdivo. Provozní teplota podlahového systému může proto být o jen o něco málo vyšší než ta, které chceme v místnosti dosáhnout. Obvyklá povrchová teplota podlahy bývá někde mezi 22 °C a 25 °C. Sálavé teplo vás ohřívá, i když teplota vzduchu v místnosti nedosáhla ani 18 °C. Na dlažbě s teplotou 29 °C neucítíte na bosých nohou nic - nebude se vám zdát studená, protože neodvádí teplo z povrchu vašeho těla, ale ani teplá, protože není teplejší než vaše nohy.
Podlahové vytápění má při předávání tepla sálavý podíl vyzařování okolo 60 procent. Velká plocha vyzařování podlahy zajišťuje přirozené a mimořádně rovnoměrné šíření tepla. Prostory vytápěné podlahovým vytápěním dosáhnou všeobecně při shodné teplotě sálání stejné tepelné pohody, jako malé vysoce zahřáté topné plochy se značně větší teplotou vyzařování. Proto lze při stejném pocitu příjemného tepla obvykle snížit u podlahového vytápění teplotu vzduchu až o 2 °C oproti běžným topným plochám.
Výhody podlahového vytápění
- Zdraví a kvalita vzduchu: Podlahové vytápění nevíří prach ani alergeny ve vzduchu, což je nanejvýš vhodné pro osoby trpící alergiemi nebo dýchacími potížemi. V místnosti s podlahovým vytápěním jste mnohem méně vystaveni zvířenému prachu a nepocítíte ani nepříjemné účinky suchého vzduchu - tyto problémy jsou typické pro přetápěné byty s klasickým ústředním vytápěním.
- Estetika: S vytápěním v podlaze můžete zapomenout na určitou nevzhlednost radiátorů.
- Bezpečnost pro děti a domácí zvířata: Podlahové vytápění je bezpečnější než tradiční radiátory, které mohou být horké na dotek a představují riziko popálení, zejména pro děti a domácí zvířata.
- Prevence plísní: Teplo sálající z podlahy také vysouší stěny už nízko nad podlahou, a proto je výhodné do přízemních a suterénních místností a dále do místností vlhkých (koupelny). Vysoušením a rovnoměrným prohříváním místností lze zabránit i vzniku plísní.
- Nízké provozní náklady: Podlahové topení je nízkoteplotní systém, a proto energie potřebná k ohřevu je výrazně nižší než při použití klasického vytápění. Úspory spočívají také v množství energie (paliva), které je potřebné pro dosažení požadované teploty.
- Dlouhá životnost a nízké náklady na údržbu: Podlahové vytápění má nízké náklady na údržbu a dlouhou životnost.
- Možnost zónového vytápění: Systém podlahového vytápění umožňuje zónové vytápění, což znamená, že můžete nastavit různé teploty pro různé místnosti podle jejich využití.
Kombinace podlahového vytápění s tepelným čerpadlem
Klasické podlahové vytápění používá teplou vodu, a proto je ideální jeho propojení s tepelným čerpadlem. Pro optimální výkon by měl systém tepelného čerpadla pracovat s co nejnižšími výstupními teplotami. Takto je vhodné použití s nízkoteplotním vytápěním, jako je podlahové vytápění, které při těchto nižších výstupních teplotách efektivně funguje. Účinnost tepelných čerpadel je silně ovlivněna teplotním rozdílem mezi zdrojem tepla (např. vzduch, země, podzemní voda) a systémem tepelného výkonu.
Pro účelné začlenění alternativních zdrojů energie do systémů na získávání tepla je opět nezbytné splnění základních požadavků na topnou soustavu. Ta musí být dimenzována na nižší teploty a musí být zajištěna dostatečně velká plocha k předávání tepla.
Technické aspekty podlahového vytápění
Standardní záruka na vytápěcí systémy je 10 let, ale vztahuje se jen na jednotlivé komponenty. Je nutné eliminovat nebezpečí vzniku tepelných mostů, zajistit vytápění jen požadovaných částí objektu. Zajistit, aby nedocházelo k tepelným ztrátám např. do stěn atd. Výkon podlahového systému by neměl být vyšší než 100 W/m2. Teorie návrhu podlahových systémů je postavena na hygienickém požadavku, že střední povrchová teplota podlahové plochy nesmí překročit hodnotu 29 °C.
Trubky a izolace
Současné moderní systémy podlahového vytápění využívají plastových trubek k rozvodu topné vody. Ty mají vysokou chemickou odolnost - nepodléhají korozi, zabraňují průniku kyslíku do topné vody. Materiály jsou odolné vůči mechanickému poškození, které může způsobit hrubozrnný potěr. Plastové trubky jsou současně pružné i pevné, dají se snadno ohýbat bez vzniku nežádoucího pnutí, snadno se pokládají. Takové chování je speciálně u polybutenových trubek nepatrné, a proto jsou nejvhodnější pro svěrné a lisované spoje, které jsou u podlahového topení aplikovány. Pokud si chcete takové vytápění pořídit, použijte trubku o průměru 15 mm - je nejvýhodnější a nejúspornější.
Pro zvýšení účinnosti podlahového vytápění je možné využít odrazné fólie umístěné pod podlahovým topením, omezit tak tepelné proudění dolů ve směru tepelné izolace a odrazit tepelný tok přesně tam, kde přestupuje z topného potěru do tepelné izolace.
Chladiva v tepelných čerpadlech a jejich vliv
Vlastnosti chladiva zásadně předurčují schopnost tepelného čerpadla pracovat v požadovaném rozsahu teplot a s co nejmenším podílem mechanické práce kompresoru. U tepelných čerpadel je často používáno chladivo R410a. U tohoto chladiva, přestože jde o chladivo složené ze dvou látek (R32 a R125), se teplota varu a kondenzace prakticky shodují (u chladiv složených z více látek je běžný tzv. teplotní skluz, v tomto případě však velmi malý, pod 0,2 °C). Za běžného atmosférického tlaku 1 bar má R410a teplotu varu (tedy prakticky stejně i kondenzace) −51,6 °C. Při teplotě −7 °C se odpařuje či kondenzuje při tlaku cca 6,4 bar. Pro odpar při +2 °C je třeba tlak 8,5 bar. Pro kondenzaci při teplotě 35 °C je zapotřebí tlak 21,2 °C a pokud s tímto chladivem chceme získat teplotu kondenzace 50 °C, potřebujeme minimálně tlak 30,3 bar. U samostatně používaného chladiva R32 je to cca 31 bar.
V případě ekologického chladiva R290 (propan) se musí počítat s teplotou varu −42,1 °C při tlaku 1 bar. Teploty kondenzace okolo 50 °C s tímto chladivem dosáhneme již při tlaku okolo 17 bar a když jdou konstruktéři až na tlak například 31 bar, stejně jako viz výše u R410a a R32, tak se teplota kondenzace zvýší až na okolo 80 °C. Jako plně ekologické chladivo je dnes považován oxid uhličitý CO2, R744. Neničí ozónovou vrstvu, má ODP=0. Jeho potenciál skleníkové efektu GWP je 1. Za normální tlaku má teplotu varu −57 °C. Ještě při tlaku 26 bar je teplota varu (kondenzace) pouhých −11 °C, tedy stále příliš nízko, abychom ji pro vytápění mohli využít. Proto tepelná čerpadla s chladivem CO2 pracují s mnohem vyššími tlaky, například až 130 bar. Musí mít tedy mechanicky mnohem odolnější konstrukci. I kompresory musí být konstrukčně přizpůsobené. Neboť na rozdíl od kompresorů pro ostatní chladiva musí být schopné pracovat i v tzv. nadkritickém pásmu. To je pásmo, ve kterém vzhledem k vysokému tlaku a teplotě mizí rozdíl mezi tekutinou a plynem.
Bivalentní provoz
Pokud se tepelné čerpadlo dostává mimo rámec svých možných provozních teplot, musí se to řešit z části nebo i plně jiným zdrojem tepelné energie. Provoz s takovým pomocným zdrojem tepelné energie se nazývá bivalentní. V praxi jde nejčastěji o přímou přeměnu elektrické energie na tepelnou, tedy o průtok elektrického proudu odporovým vodičem (tzv. Jouleovo teplo), který je konstrukčně nejjednodušší. Ale může jít i o kotel na plyn, pevná paliva aj. Proto je při výběru tepelného čerpadla nutné zvážit, s jakými provozními teplotami bude muset pracovat.
Tabulka doporučených teplot
Doporučené teploty v místnostech (stupně Celsia):
| Místnost | Teplota (°C) |
|---|---|
| Obytné místnosti | 18 - 22 |
| Kuchyně | 15 |
| Koupelna | 24 |
| WC | 16 |
| Chodba, schodiště | 10 - 15 |
Doporučená teplota při činnostech (stupně Celsia):
| Činnost | Teplota (°C) |
|---|---|
| Při odpočinku | 19 - 22 |
| Lehká fyzická práce | 18 - 20 |
| Středně těžká fyzická práce | 14 - 17 |
| Těžká fyzická práce | 10 - 15 |
tags: #teplota #dlazby #letni #provoz #tepelne #cerpadlo