www.spp.sk www.sppporadimevam.sk
Progresívne systémy pre vykurovanie a chladenie – Plynové tepelné čerpadlá Možnosti uplatnenia PTČ V dôsledku zvyšujúcej sa energetickej záťaže a rastúcich cien energie rastie tlak na energeticky účinné zariadenia na výrobu tepla a čoraz častejšie i chladu. Na trhu sa objavuje množstvo nových riešení, pričom medzi najzaujímavejšie patria zariadenia využívajúce obnoviteľné zdroje energie (skrátene OZE). Jedným z nich sú aj plynové tepelné čerpadlá, ktoré sú tepelným zdrojom schopným pracovať v systémoch vzduch/voda alebo vzduch/chladivo. Primárnym zdrojom získavania tepla je vonkajší vzduch a na pohon kompresora sa využíva plynový motor spaľujúci zemný plyn. Možnosť opätovného využívania existujúcich potrubných rozvodov umožňuje použiť tento systém v širokom rozsahu rekonštrukčných projektov aj pri historických budovách alebo budovách, kde sú búracie práce nemožné. Pôvodné potrubia tak dokážu slúžiť na prenos zohriatej vody pre vykurovanie v zimnom období alebo ochladenej vody pre klimatizáciu v letnom období. Pre odovzdávanie tepla alebo chladu do miestností sa využívajú vysokoúčinné vnútorné jednotky, ktorých výhodou je jednoduchá inštalácia a široká paleta modelov. Plynové tepelné čerpadlá sú ideálnym systémom na zabezpečenie komfortu pre priestory ako hotely, priemyselné budovy, administratívne budovy, bytová výstavba a podobne.
Plynové tepelné čerpadlá PTČ využíva viaceré zdroje tepla, ktoré získava nielen z OZE - okolitého vzduchu, ale aj z chladiaceho okruhu motora a z produkovaných spalín. Z tohto dôvodu je plynové tepelné čerpadlo vysoko energeticky efektívne zariadenie. Využíva fyzikálne vlastnosti chladiva R410A a prostredníctvom kompresora cirkuluje chladivo v uzavretom okruhu s nepretržitým vyparovaním a zrážaním, čím vzniká chlad a teplo. Zároveň využíva teplo z chladiaceho okruhu motora na zvýšenie teploty chladiva vo výparníku.
Zjednodušená schéma plynového tepelného čerpadla v letnom režime: Chladenie a súčasná príprava teplej vody
Plynové tepelné čerpadlá je možné využiť v systémoch s priamou expanziou chladiva, ako napríklad klimatizačné systémy, alebo v systémoch, ktoré ako teplonosné médium využívajú vodu.
Verzia: MCH 01/2011
1/6
www.spp.sk www.sppporadimevam.sk
Všeobecný princíp fungovania tepelných čerpadiel Tepelné čerpadlá vo všeobecnosti sú alternatívne zariadenia na výrobu tepelnej energie v porovnaní s jej klasickou výrobou pomocou spaľovania fosílnych palív. Najväčší podiel v súčasnosti realizovaných tepelných čerpadiel pracuje na princípe parného kompresorového chladiaceho obehu. Hlavné komponenty takéhoto systému s ich vzájomným energetickým prepojením sú:
kompresor kondenzátor expanzný ventil výparník
Termodynamický obeh sa v tepelnom čerpadle uskutočňuje pomocou pracovnej látky – chladiva, ktorého vlastnosti najmä bod varu a kondenzácie v závislosti od tlaku musia zodpovedať požadovaným teplotným parametrom tepelných tokov do výparníka a z kondenzátora. Tepelné čerpadlá sú teda zariadenia, ktoré umožňujú odoberanie energie z okolitého prostredia a jej transformáciu do interiéru. Prevod tepla je zabezpečený fyzikálnymi vlastnosťami chladiva, ktoré je schopné absorbovať teplo z okolia. Následne je schopné odovzdať teplo do interiéru alebo opačne (v prípade chladenia). Umožňuje využiť takmer akýkoľvek nízkopotenciálny prírodný zdroj tepla ako napríklad zem, voda, vzduch alebo odpadové teplo v priemysle. Inverzia tepla je preto možná pri využívaní systémov výmeny viacerých médií. Systém vykurovania pomocou tepelných čerpadiel predstavuje výhodné riešenie pre nízkoteplotné vykurovanie (napr. podlahové) a je ho možné použiť i na štandardné konvekčné (napr. radiátorové) vykurovanie.
Výhody plynových tepelných čerpadiel v systémoch vzduch / voda Plynové tepelné čerpadlo sa vyznačuje nízkymi prevádzkovými nákladmi a vďaka svojej robustnej stavbe a technológii vyžaduje minimálnu údržbu. Celoročné úspory dosiahnuté pomocou plynového tepelného čerpadla dosahujú veľmi zaujímavé čísla a to i v porovnaní s elektrickými tepelnými čerpadlami (ETČ). Dosahuje sa nielen zníženie nákladov, ale aj výrazné zníženie emisií a skleníkových plynov oproti plynovým kotlom až o 50%, čo je odrazom vysokej účinnosti zariadenia. Plynové tepelné čerpadlo spaľuje za účelom pohonu kompresora zemný plyn. Pomer ceny 1 kW paliva medzi zemným plynom a elektrickou energiou sa z dlhodobého hľadiska drží v pomere 1:4 v prospech zemného plynu. V zimnom období má plynové tepelné čerpadlo vysoký tepelný výkon pri nízkych vonkajších teplotách vzduchu, jeho účinnosť je trvalá až do teploty - 20º C. Porovnanie tepelného výkonu PTČ verzus ETČ: Tepelný výkon (%) 100 80
Plynové tepelné čerpadlo
60 40 20
Elektrické tepelné čerpadlo
0
-20
Verzia: MCH 01/2011
-15
-10
-5
0
5
7
Teplota okolitého vzduchu (°C)
2/6
www.spp.sk www.sppporadimevam.sk Plynové tepelné čerpadlá majú nízku hlučnosť, sú riadené pomocou inteligentného riadiaceho systému a ekvitermickej regulácie. Výhodou PTČ je i možnosť výroby teplej vody súbežne s funkciou chladiaceho systému. Investíciou do plynového tepelného čerpadla ako jediného zdroja tepla a chladu sa znižujú investičné náklady na vytvorenie tepelného systému v porovnaní s budovaním dvoch zdrojov pre kúrenie a chladenie, preto sa návratnosť investície pri celoročnom využití jedného zdroja výrazne skracuje. Vo všeobecnosti je plynové tepelné čerpadlo vhodné pre objekty s tepelnou stretou nad 20 kW. Odmrazovanie výparníka sa dosahuje prostredníctvom využitia tepla z chladiaceho okruhu motora, preto nie je vôbec potrebné striedanie prevádzkového cyklu. Po odstavení je taktiež dosahované veľmi rýchle zahriatie vykurovacieho média. Porovnanie nábehových časov pre vykurovací režim (PTČ verzus ETČ): Teplota priestoru (°C) 20
Plynové tepelné čerpadlo
15
10
5
Elektrické tepelné čerpadlo 0
Časová os (pri rovnakých vstupných podmienkach)
Špecifiká inštalácie PTČ Pre inštaláciu plynového tepelného čerpadla nie je potrebná kotolňa, nie sú potrebné zemné práce väčšieho rozsahu ako sú napr. vrty, zemné kolektory a taktiež nie je nutné zvyšovanie inštalovaného elektrického príkonu. Plynové tepelné čerpadlá sú určené na montáž vo vonkajšom prostredí, napr. pre umiestnenie vedľa budov alebo na strechách budov. Na pripojenie stačí nízkotlaková prípojka plynu, ktorá je k dispozícii na veľkej časti územia Slovenska. Plynové tepelné čerpadlá je možné veľmi dobre kombinovať v bivalentnom zapojení s plynovými kotlami a plynovými kogeneračnými jednotkami a vytvárať sústavy s vyššou pracovnou teplotou ako bežne pracujú tepelné čerpadlá. Inštalácia plynového tepelného čerpadla predstavuje moderný spôsob vykurovania a chladenia budov. Inovácie, ktoré implementuje, predstavujú pre zákazníka jedinečné výhody, ktoré pocíti ihneď po uvedení do prevádzky.
Verzia: MCH 01/2011
3/6
www.spp.sk www.sppporadimevam.sk
Schematické porovnanie rozdielov medzi ETČ a PTČ pri výrobe tepla:
Elektrické tepelné čerpadlo pri -15°C Elektrický motor
Zdroj energie - Elektrická energia
Kompresor
Nízkopotenciálne teplo okolitého vzduchu
V
Získané teplo
K
Výparník
Kondenzátor Expanzný ventil
Plynové tepelné čerpadlo je konštrukčne takmer identické so štandardným, elektrickým tepelným čerpadlom. Rozdiel je v tom, že elektrický motor je nahradený plynovým motorom s vlastným dochladzovacím okruhom a výfukovým systémom. Teplo, ktoré vznikne spaľovaním zemného plynu v plynovom motore je možné využiť. Z toho dôvodu je množstvo získaného tepla výrazne vyššie.
Plynové tepelné čerpadlo pri -15°C
Teplo motora
Plynový spaľovací motor
Zdroj energie - Zemný plyn
Kompresor
Nízkopotenciálne teplo okolitého vzduchu
V
K
Výparník
Získané teplo
Kondenzátor Expanzný ventil
Verzia: MCH 01/2011
4/6
www.spp.sk www.sppporadimevam.sk
Príklady inštalácii PTČ na Slovensku Administratívna budova, Košice, r. 2005
Administratívna budova, Trnava, r. 2008
Budova samosprávy, Trnava, r. 2009
Verzia: MCH 01/2011
5/6
www.spp.sk www.sppporadimevam.sk Budova vysokej školy, Banská Bystrica, r. 2009
Administratívna budova, Bardejov, r. 2010
Verzia: MCH 01/2011
6/6
