Princíp fungovania tepelného čerpadla

Ako funguje tepelné čerpadlo zem – voda

Tepelné čerpadlo zem–voda patrí medzi najúspornejšie a najspoľahlivejšie spôsoby vykurovania. Funguje na podobnom princípe ako chladnička. Namiesto odoberania tepla z vnútra ho však získava zo zeme a využíva na vykurovanie a chladenie objektu a ohrev teplej vody.

Teplo zo zeme je stabilný zdroj, ktorý presúva energiu

Zemský masív má počas celého roka stabilnú teplotu vďaka ukladaniu energie pod povrchom. Prostredníctvom geotermálnych vrtov sa teplo zo zeme odoberá pomocou nemrznúcej kvapaliny, ktorá prúdi v uzatvorenom potrubí nazývanom geotermálna sonda . Sonda je systém, ktorá sa do hĺbky vrtu spúšťa a tvorí uzatvorenú časť primárnej energie. Táto energia uložená v zemi pomocou sondy a tepelného čerpadla zem-voda odoberá energiu, v kompresore znásobuje a následne je privádzaná do vykurovacej sústavy.

Princíp fungovania tepelného čerpadla zem-voda rozdeľujeme

1. Zber energie (Primárny okruh)

V zemi je uložený uzavretý potrubný systém (kolektor, geotermálna sonda), v ktorom cirkuluje nemrznúca zmes (soľanka).

• Plošný kolektor: Hadice rozložené v hĺbke cca 1,5 až 2 metra na veľkej ploche záhrady.

• Hĺbkový vrt: Vertikálna sonda siahajúca do hĺbky 50 až 200 metrov. Zmes pretekajúca potrubím odoberie teplo zo zeme, ohreje sa o niekoľko stupňov a putuje do výparníka tepelného čerpadla.

2. Termodynamický cyklus (Srdce systému kompresor)

Vnútri čerpadla sa odohráva proces, ktorý dokáže „prečerpať“ nízku teplotu zo zeme na vysokú teplotu potrebnú pre kúrenie. Prebieha v štyroch fázach. Získané nízkopotencionálne teplo v našom prípade +10 až +15C° zo zeme sa vo výparníku odovzdá chladivu, ktoré sa vyparí. Kompresor následne zvýši jeho tlak a teplotu. Takto vzniknutý horúci plyn odovzdáva v kondenzátore teplo vykurovacej sústave do objektu. Po odovzdaní tepla sa chladivo ochladí, tlak sa zníži a celý proces sa plynulo a nepretržite opakuje. 

Priebeh štyroch cyklov:

A. Vyparovanie

Teplo zo zeme sa vo výparníku odovzdá chladivu. Chladivo má veľmi nízky bod varu, takže sa okamžite mení na plyn (paru), aj keď má zem len 5 °C.

B. Kompresia

Plynné chladivo nasaje kompresor. Stlačením plynu prudko vzrastie jeho tlak a podľa fyzikálnych zákonov aj jeho teplota (podobne ako sa zahreje ventil na bicykli pri rýchlom pumpovaní).

Fyzikálny princíp: Vzťah medzi tlakom a teplotou definuje stavová rovnica plynu: Pri zmenšení objemu (V) a raste tlaku (p) musí narásť aj teplota (T).

C. Kondenzácia

Horúci stlačený plyn prechádza cez kondenzátor, kde odovzdá svoje teplo vode v systéme kúrenia (radiátory, podlahovka). Tým, že sa chladivo ochladí, skvapalnie.

D. Expanzia

Kvapalné chladivo pod vysokým tlakom prejde cez expanzný ventil, kde sa jeho tlak prudko zníži. Tým sa extrémne ochladí a je pripravené opäť nasať teplo zo zeme.

Jedno zariadenie päť funkcií Tepelné čerpadlo zem-voda efektívne využívame na:

• vykurovanie domu, alebo objektu

• efektívne aktívne a pasívne chladenie

• ohrev teplej úžitkovej vody

• ohrev bazéna

• ohrev rekuperácie – vzduchotechniky

Výkon závisí od zdroja energie, nie len od značky stroja

Túto myšlienku by si mal zapamätať každý, kto chce naozaj dlhodobo a úsporne využívať tepelné čerpadlo. Preto spôsob akým odoberáme energiu, je veľmi podstatný. Je to dôležitý faktor pre budúcu úsporu, komfort, ale v neposlednom rade životnosť. Dnešné moderné zemné tepelné čerpadlá dosahujú bilanciu z 1 kW odobratej energie vyprodukujú 5 kW dodanej energie. Tento pomer sa volá SCOP čo je ceľkový ukazovateľ výkonnosti tepleného čerpadla počas celého roku. Výrobcovia TČ často uvádzajú len COP, čo je v ideálnych podmienkach laboratórne testované číslo.

Prečo tepelné čerpadlo zem-voda dosahuje takéto číslo? 

• stabilná teplota primárnej energie zo zeme

• nemá takzvaný defrost režim odmrazovania

• nedodáva elektrickú energiu vonkajšej jednotke

• počas roka pracuje na konštantnej teplote a neprispôsobuje sa vonkajším vplyvom

„Výkon tepelného čerpadla závisí najmä od teploty zdroja, nie len od značky stroja – stabilná zem, alebo voda zabezpečí vyššiu efektivitu než studený vzduch.“

Kvalitný hĺbinný vrt je kľúčovým prvkom, nie „doplnkom“

Ak si chceme stáť za slovami že tepelné čerpadlo zem-voda je efektívnejšie ako tepelné čerpadlo vzduch-voda. Neopakovateľným a veľmi dôležitým je samotný návrh a hĺbky vrtu. Poznať geológiu nestačí. Súbor dôležitých informácií, ktoré od Vás pýtame nás odlišuje od konkurencie. To je len začiatok, keďže najdôležitejšou úlohou je správne navŕtať geotermálny vrt tak, aby splynutie zeme a sondy bolo takmer dokonalé. Samotné injektovanie vrtu zmesou, ktorá odovzdáva teplo z okolitého prostredia je takpovediac umenie. 

Prečo je dôležitý správny návrh a realizácia

Systém tepelného čerpadla zem–voda sa skladá z:

• primárneho okruhu – geotermálny vrt v ktorom sú zabudované geotermálne sondy (ako výmenník tepla)

• sekundárneho okruhu – vykurovací systém objektu

Skutočná efektivita a životnosť systému nezávisí len od samotného tepelného čerpadla, ale najmä od správne navrhnutého a odborne zrealizovaného primárneho okruhu. Práve jeho dimenzovanie a spôsob injektovania je častou chybou pri neodborných realizáciách.

Vrty s.r.o. – odborník na geotermálne riešenia

Spoločnosť Vrty s.r.o. má viac ako 20 rokov skúseností v oblasti geotermálnej energie. Špecializujeme sa na:

• realizáciu geotermálnych vrtov pre tepelné čerpadlá zem-voda

• odborné dimenzovanie primárnych okruhov

• dodávku kvalitného vystrojenia a komponentov len od certifikovaných výrobcov

• spoluprácu s overenými výrobcami, vrátane špičkovej švajčiarskej produkcie GEROTOP a REHAU

Naším cieľom je zabezpečiť dlhodobo funkčný, úsporný a spoľahlivý systém, ktorý bude bez problémov fungovať desiatky rokov.