Janitza.cz

Janitza Electronics se zabývá vývojem a výrobou energeticky úsporných systémů. Je výrobcem digitálních měřidel, systémů SEMS, univerzálních multimetrů, regulátorů jalového výkonu, systémů pro řízení spotřeby, ¼ hodinového maxima a dalších přístrojů nejvyšší kvality.

KBH.cz

Společnost KBH vyrábí, dodává a instaluje komponenty pro kompenzaci jalového výkonu. Zákazníky jsou elektromontážní firmy, výrobci rozvaděčů, projektanti, velkoobchody a velkoodběratelé elektrické energie. Společnost nabízí kvalitní komponenty a služby za velice příznivé ceny.

23. října 2008, Autor: varner
Nezařazené články

Jak ovlivňuje tepelné čerpadlo spotřebu energie pro vytápění

Potřeba tepla pro vytápění a vliv tepelného čerpadla (TČ) na spotřebu energie pro vytápění se nejlépe znázorňuje v diagramu četnosti teplot v průběhu roku. Takový diagram je pro určitou výpočtovou teplotu venkovního vzduchu, tj. pro určité místo uveden na obr. 1.

Základem diagramu je charakteristická křivka četnosti teplot, tj. čára „vnějších teplot“. K libovolné teplotě přiřazuje počet dnů v roce, kdy je průměrná teplota nižší, než daná teplota. K teplotě určující počátek otopného období pak přiřazuje počet dnů, po který trvá otopné období, respektive délku otopného období.

V tomto diagramu se mohou zobrazit všechny důležité energetické relace související s vytápěním. Jestliže do diagramu zakreslíme mezi svislicemi charakterizujícími délku otopného období požadovanou teplotu vytápěného prostoru (na obr. 1 je to 22 °C), tj. čáru „vnitřních teplot“, pak plocha mezi čarami „vnitřních“ a „vnějších“ teplot a oběma svislicemi je úměrná potřebě tepla pro vytápění. Svislé úsečky mezi čarami „vnitřních“ a „vnějších“ teplot jsou úměrné potřebnému topnému výkonu a poměr jejich délek se rovná poměru potřebných topných výkonů při různých vnějších
teplotách.

Z diagramu je zřejmé, že počet dnů s nejnižšími teplotami představuje jen malou část otopného období. Pokud by se tepelné čerpadlo dimenzovalo na celý potřebný výpočtový topný výkon bylo by zbytečně velké a nákladné. Převážnou část otopného období se potřebuje topný výkon menší až výrazně menší než výpočtový – na začátku období i jen 20 %. Z toho důvodu se většinou používá tzv. bivalentní zapojení tepelného čerpadla. Vytápěcí systém se navrhuje tak, aby TČ samo krylo topný výkon jen do určité venkovní teploty, např. 0 °C (tzv. teploty bivalence) a při nižších teplotách mu „pomáhá“ další (bivalentní - doplňkový) zdroj tepla, nejčastěji elektrokotel. Může to ale být i kotel na zemní plyn, propan-butan nebo topný olej. Podmínkou je, aby tento doplňkový zdroj byl regulovatelný. (Neregulovatelné zdroje - např. kotle na pevná paliva - vyžadují řešení vytápěcího systému s velkou akumulační nádrží a speciálním zapojením.) Protože období s nejnižšími teplotami je relativně krátké, podílí se tento doplňkový zdroj na krytí potřeby tepla jen z cca 10 %. Takto řešeným vytápěcím systémem se dosáhne optimálního poměru mezi pořizovacími a provozními náklady a může se ušetřit asi 50 až 70 % placené elektrické energie na vytápění. V bivalentním zapojení se TČ dimenzuje zpravidla na cca 50 až 75 % potřebného výpočtového topného výkonu. Schéma vytápěcího systému s bivalentním zapojením TČ je znázorněno na obr. 2. Z obrázku je zřejmé, že o TČ můžeme rovněž říci, že zajišťuje recyklaci přírodního tepla.

Obr. 2 Blokové schéma vytápěcího systému s bivalentně zapojeným TČ

Dodejme, že ve vytápěcím systému s TČ se TČ většinou využívá i pro přípravu, respektive předehřev TUV, čímž se zajišťuje další úspora energie.

V diagramu četnosti teplot (podle obr. 1) můžeme dobře znázornit i efekt tepelných čerpadel.

Efekt tepelného čerpadla „země-voda“ je zobrazen v diagramu na obr. 3. Je popsán čarou, charakterizující poměrný příkon hnací energie použitého TČ. Čára rozděluje plochu potřeby tepla. Ušlechtilá „hnací“ energie hradí jen část potřeby tepla pro vytápění. Převážná část je hrazena přírodním teplem, tj. nízkopotenciálním teplem, které potřebuje pro svůj provoz TČ. Toto teplo představuje úsporu ušlechtilé energie pro vytápění. V diagramu je dále zobrazena i teplota bivalence, tj. teplota do které hradí potřebný topný výkon jen TČ. Pod touto teplotou (cca 25 dnů v roce), pomáhá čerpadlu bivalentní zdroj, např. elektrokotel (EK). Jeho poměrný příkon je charakterizován druhou čarou (která odklání čáru první). Druhá čára opět dělí plochu potřeby tepla. Poměr jednotlivých ploch k celkové ploše vyjadřuje poměrné spotřeby ušlechtilé energie a poměrnou energetickou úsporu.

Obr. 1 Diagram četnosti teplot v průběhu roku. Potřeba tepla pro vytápění - energetické relace. Obr. 3 Potřeba tepla pro vytápění. Energetické relace pro TČ „země - voda“.

Efekt tepelného čerpadla „vzduch-voda“ je zobrazen v diagramu na obr. 4. Popis odpovídá předchozímu obrázku. Diagram postihuje všechny důležité skutečnosti, které jsou charakteristické pro toto čerpadlo:
 S poklesem teploty pod určitou mezní teplotu (zde cca 2 °C) se zvyšuje energetická náročnost TČ (skok v charakteristice). Nárůst je potřebný pro odtávání námrazy, která na výparníku při odvádění tepla ze vzduchu vzniká. Mezní teplota a velikost skoku závisí na použitém způsobu odtávání výparníku.
 Tepelné čerpadlo „vzduch-voda“ má vyšší teplotu bivalence než čerpadlo „země-voda“ se stejným kompresorem (za předpokladů uvedených dále).
 S poklesem teploty pod teplotu bivalence se snižuje množství tepla hrazené tepelným čerpadlem. Za této situace je TČ trvale v provozu (respektive trvale v době, kdy to povoluje signál HDO) a jeho výkon se snižuje s poklesem teploty vzduchu.

Na obr. 5 jsou pak porovnány energetické relace čerpadel v provedení podle obr. 3 a 4. Z podrobného porovnání vyplývá, že energetická náročnost kvalitních tepelných čerpadel obou provedení je plně srovnatelná (viz též obr. 10 v článku „několik poznámek k TČ“ – ČESKÁ ENERGETIKA 6/2002). Zatímco „nevýhodou“ čerpadel „vzduch-voda“ je jejich horší efekt při nejnižších teplotách, „nevýhodou“ čerpadel „země-voda” je jejich horší efekt při časově delším období vyšších teplot. Přitom „nevýhoda“ čerpadel „vzduch-voda“ se může v převážné míře eliminovat použitím frekvenčního měniče a zvyšováním otáček i výkonu kompresoru při nižších teplotách (plocha charakterizující spotřebu energie „navíc“ se pak významně zmenší).

Obr. 4 Potřeba tepla pro vytápění. Energetické relace pro TČ „vzduch - voda“. Obr. 5 Porovnání energetických relací pro TČ „země - voda“ a „vzduch - voda“.

Pro dokreslení uvedených skutečností je třeba dodat, že popsané porovnání je provedeno za zjednodušujících a zvýhodňujících předpokladů pro TČ „země-voda“, u kterého se neuvažovalo se změnou jeho parametrů v průběhu otopné sezóny (ke kterému dochází podobně jako u TČ „vzduch- -voda“, i když v menší míře).

Bylo již řečeno (viz. výše citovaný článek), že energetický efekt TČ výrazně ovlivňuje teplota topného média, tj. řešení otopné soustavy. V novostavbách návrh vhodné otopné soustavy nepředstavuje většinou žádný problém. Při rekonstrukcích ale může nastat situace, kdy stávající otopná soustava nemusí plně vyhovovat požadavkům „nízkoteplotního“ řešení.

Pokud otopná soustava nevyhovuje jen v některých místnostech, je nejjednodušším řešením osadit tyto místnosti přímotopnými konvektory, které tak představují „lokální“ doplňkový bivalentní zdroj. Důležité je, aby jejich provoz byl blokován signálem HDO.

Pokud otopná soustava nevyhovuje jako celek, je vždy účelné zvážit, zda popsané bivalentní řešení - tzv. paralelní bivalenci (kdy pod teplotou bivalence pracuje jak TČ tak bivalentní zdroj) není možné nahradit tzv. alternativní bivalencí. Při alternativní bivalenci pracuje pod teplotou bivalence jen bivalentní zdroj (např. elektrokotel) a to s teplotou vyšší než je schopno zajistit TČ, ale potřebnou pro otopnou soustavu. Poněkud zvýšené provozní náklady mohou zcela eliminovat potřebnou investici na rekonstrukce otopné soustavy.

Při posuzování stávajících otopných soustav je třeba vzít v úvahu i to, že vytápěcí systém s TČ je provozován v jiném pracovním režimu než klasické vytápěcí systémy. Tím jsou faktické parametry otopné soustavy zvýhodněny (o tom blíže v některém z následujících článků).

Je samozřejmé, že energetické relace popsané předchozími obrázky i textem se mohou pro zadané okrajové podmínky, zvolené provedení a typ TČ a určitou otopnou soustavu zpracovat zcela přesně prostředky výpočetní techniky. Výsledky lze pak použít i pro zpracování cenových relací, tj. vyjádření nákladů za energii potřebnou pro vytápění, respektive vyjádření úspor, docílených použitím TČ.

Ing. Luděk Klazar

Sdílet

Komentáře

Server CESKAENERGETIKA.cz
Česká Energetika s.r.o. a Česká energetická asociace provozují portál www.ceskaenergetika.cz, vydávají dva časopiy z oblasti energetiky a OZE, pořádají na tato témata semináře a konference pro laickou i odbornou veřejnost.
Důležité odkazy
Spolupracujeme
Najdete nás také na
Portál www.ceskaenergetika.cz © 2011 pohání redakční systém MultiCMS. Grafické zpracování Cossi Design.