Nejúspornější provoz přináší tepelná čerpadla s řízeným výkonem, vybavená invertorem (elektrickým frekvenčním měničem), řídícím otáčky chladícího kompresoru. Dosáhneme tak plynulého řízení tepelného výkonu čerpadla. Čerpadlo pracuje podle konkrétní potřeby tepla v domě.
Tepelným čerpadlem dosáhneme relativně rychlé návratnosti nákladů vložených do systému vytápění. Ve vzduchu, vodě či zemi nashromážděná sluneční energie je přitom nevyčerpatelným zdrojem bez jakýchkoli emisí. Tepelná čerpadla získají 75% bezplatné sluneční energie a musíme jim dodat pouze 25% energie elektrické. Pracují přitom i v zimě, konkrétně čerpadla systému vzduch – voda až do venkovní teploty zámrzného bodu. Náklady na údržbu čerpadla jsou minimální a vy nepotřebujete vkládat peníze například do stavby komína, skladovacích prostor a zásobníků na palivo či povinných revizí.
Co je invertor
Invertor (elektrický frekvenční měnič) je zařízení, které dokáže změnit jeden typ elektrického zdroje na jiný, mění velikost napětí, proudu a frekvence, případně zajišťuje i změny mezi stejnosměrnými a střídavými proudy, nejčastěji jde však o změnu našeho standardního elektrického jednofázového připojení 230V, 50Hz na jiné. Invertorem je tedy přizpůsobován potřebný výkon tepelného čerpadla podle aktuálních potřeb vytápění a ohřevu tuv (topného či chladícího výkonu). Dochází k tomu řízením otáček kompresoru a tedy jeho výkonu, invertor vylučuje časté vypínání a zapínání čerpadla, regulace výkonu je přitom plynulá.
Invertor eliminuje problematický vysoký startovací proud běžného asynchronního motoru tepelných čerpadel, což poznáme na výrazně snížené spotřebě elektrické energie (rozběhový proud je až několikanásobně nižší) – až o 30% a také na zvýšení topného faktoru (COP) tepelného čerpadla. (Topný faktor vypovídá o účinnosti tepelného čerpadla, je to teoretický poměr mezi vyrobeným teplem a spotřebovanou elektřinou. Čím je topný faktor vyšší, tím lépe, jelikož je provoz tepelného čerpadla levnější a jde tedy o velmi kvalitní zařízení.)
Venkovní jednotky invertorových tepelných čerpadel vzduch-voda
Invertorové tepelné čerpadlo země-voda
Invertor navíc zjednodušuje systém celého zařízení a zvyšuje jeho spolehlivost. Kompresor je vysoce energeticky účinný a minimálně hlučný, rozměrově menší (cca poloviční oproti standardnímu o stejném výkonu). Je ale také dražší, ovšem při porovnání s dosaženými úsporami jde o zanedbatelný cenový rozdíl, navíc nepotřebujeme některé drahé komponenty – akumulační nádobu, směšovací ventily, více oběhových čerpadel a složitý systém regulace. Uvedené nadbytečné prvky tepelných čerpadel pouze maskovaly nedokonalost tepelného čerpadla s asynchronním motorem.
Jednodušší a levnější je i montáž invertorového tepelného čerpadla (lze srovnat s plynovým kotlem vybaveným plynulou regulací).
Graf pro tepelná čerpadla vzduch-voda XPOWER
Princip tepelného čerpadla
Po technické stránce je princip tepelného čerpadla srovnatelný s fungováním chladničky, pouze jde o obrácený proces (chladnička odebírá teplo potravinám a chladí, v zadní části pak topí). Čili ve venkovním prostředí nashromážděnou energii Slunce využijeme ke zvýšení teplotní úrovně v chladícím okruhu venkovní jednotky tepelného čerpadla. (Funguje to ale i opačně – poté tepelné čerpadlo naopak chladí.) Teplo je přenášeno do vnitřního prostředí, respektive vnitřní jednotky. A právě u invertorových tepelných čerpadel mění kompresor plynule otáčky podle aktuálních potřeb chladícího či tepelného výkonu. Teplo je poté z tepelného čerpadla odváděno (odevzdáváno médiu – vodě) do radiátorů či podlahového vytápění.
V tepelném čerpadle probíhají 4 děje, které se cyklicky opakují. Prvním je vypařování, kdy chladivo kolující v tepelném čerpadle odebírá teplo z venkovního prostředí (vzduch, země, voda) a následkem toho se odpařuje.
Druhým dějem je komprese, kdy je odpařené chladivo v kompresoru prudce stlačeno a nízkopotenciální teplo je tak vyneseno na vyšší teplotní hladinu – cca 80 oC. Proces je založen na fyzikálním principu komprese, kdy při vyšším tlaku stoupá teplota. Jde vlastně o jakýsi teplotní výtah.
Třetím dějem je kondenzace – zahřáté chladivo předá pomocí druhého výměníku teplo vodě, přičemž se ochladí a zkondenzuje. Teplo je následně radiátory či podlahovým topením vyzářené do místnosti. Ochlazená voda topného okruhu pak zase jde zpět do druhého výměníku čerpadla, kde se opět ohřeje.
Čtvrtým dějem je expanze, kdy chladivo putuje přes expanzní ventil zpět k prvnímu výměníku, kde se znova ohřeje. Koloběh se stále opakuje.
Princip tepelného čerpadla
Využití invertorových tepelných čerpadel
Invertorová tepelná čerpadla vzduch – voda lze využít mnoha způsoby – k ohřevu teplé užitkové vody v kombinaci se solárně termickými kolektory (využíváme sluneční energii hned dvěmi způsoby), v kombinaci s dalším tepelným zdrojem v bivalentním provozu, v kombinaci se systémem zásobníků (rozdělovač a slučovač) pro různé energetické systémy, v kombinaci s podlahovým vytápěním, což je nejúčinnější způsob využití TČ a nakonec využijeme i obrácený systém tepelného čerpadla za horkých dní – chlazení čili klimatizaci, která pracuje na principu konvektoru – vzduch je v tepelném výměníku naopak ochlazován. Zdroj použitých obrázků a fotografií: www.uni-top.cz
