CD Principy a užití Druhy TČ


VYUŽÍVÁNÍ TEPELNÉ ENERGIE
ZEMSKÉHO PLÁŠTĚ, PODZEMNÍCH VOD A ENERGIE PROSTŘEDÍ
ZA POMOCI TEPELNÝCH ČERPADEL

Území ČR nemá příliš významných zdrojů geotermální energie. Zdroje tzv. vysokopotenciálního geotermálního tepla, vhodného přímo pro výrobu elektrické energie nebo pro CZT, které jsou úspěšně využívány například v USA, na Filipínách, v Itálii nebo na Islandu se na našem území prakticky nenacházejí.
V ČR je však možno velmi úspěšně využívat tzv. nízkopotenciální teplo prostředí v systémech, které využívají tepelná čerpadla. V nich lze převádět nízkopotenciální teplo na vyšší teplotu. Takto produkované teplo může být zpravidla využito pro vytápění budov nebo na přípravu TUV, případně i pro jiné účely (ohřev vody v bazénech, vzduchotechnika, skleníky, vytápění teras a parkovišť apod.).
Tepelná čerpadla umožňují využívat tzv. "suché" zemské teplo z vrtů, teplo povrchových vrstev půdy, podzemních i povrchových vod či venkovního vzduchu, ale i odpadní teplo z průmyslových technologií. V posledním zmíněném případě se již nejedná o obnovitelný zdroj energie, ale o tzv. zdroj druhotný.

Princip tepelného čerpadla
Princip tohoto zařízení (viz video) byl popsán již v minulém století anglickým fyzikem lordem Kelvinem. Základním principem tepelného čerpadla je přečerpávání tepla z nižší na vyšší teplotní hladinu při dodání části energie zvenčí.
Tepelné čerpadlo využívá uzavřený cyklus fyzikálních jevů spojených se změnou skupenství pracovní látky (chladiva) v závislosti na jejím tlaku a teplotě a v zásadě se jedná o obrácený princip než u chladících zařízení nebo klimatizačních jednotek. Tepelná čerpadla se dělí podle způsobu odsávání par chladiva z výparníku a zvýšení jejich tlaku - nejběžnější jsou tzv. kompresorová, méně běžná jsou tepelná čerpadla absorpční a hybridní.
Při nízkém tlaku a teplotě ve výparníku chladivo odebírá teplo zdroji nízkopotenciálního tepla, přičemž se chladivo odpařuje. Jeho páry jsou stlačeny kompresorem, zahřívají se a v kondenzátoru předávají kondenzační teplo ohřívané látce (obvykle topné vodě nebo vzduchu). Tím se páry chladiva opět ochlazují a zkondenzují. Celý okruh je uzavřen odvodem chladiva do výparníku přes expanzní ventil, který snižuje tlak kapalného chladiva. Na rozdíl od jiných zařízení pro využití OZE potřebují tepelná čerpadla ke svému provozu ušlechtilou energii dodávanou zvenčí. U nejčastěji používaných kompresorových čerpadel je spotřebovávanou energií elektřina, která pohání kompresor, existují však i tepelná čerpadla využívající např. zemní plyn.



Běžná tepelná čerpadla obvykle dodají třikrát více tepla, než spotřebují elektřiny. Poměr vyrobené tepelné energie k množství hnací energie spotřebované se nazývá topný faktor a je základní charakteristikou tepelného čerpadla. Typické hodnoty topného faktoru se pohybují mezi 2,5 - 4,5. Čím jsou si bližší teplotní úrovně nízkopotenciálního zdroje tepla a topného okruhu, tím je topný faktor vyšší. Z provozního hlediska je tedy nejvýhodnější kombinovat tepelné čerpadlo s nízkoteplotní otopnou soustavou (teplotní spád 55/50 °C), s podlahovým vytápěním (teplotní spád 35/30 °C) nebo s jejich kombinací. Tepelné čerpadlo je možné kombinovat s jakýmkoli dalším zdrojem tepelné energie (například elektrokotlem, plynovým kotlem), který může sloužit jako doplňkový nebo záložní zdroj. V takovém případě hovoříme o tzv. bivalentním provozu.

Typy tepelných čerpadel
Většina dodavatelů nabízí tepelná čerpadla v typové řadě podle výkonu a způsobu použití, u průmyslových čerpadel o vyšších výkonech se obvykle jedná o individuální řešení. V ČR existují dodavatelé velmi kvalitních tepelných čerpadel domácí i zahraničních provenience. Systémy s těmito zařízeními je možno rozdělit podle média, ze kterého je odebíráno nízkopotenciální teplo: Nejlepší celoroční účinnost mají tepelná čerpadla typu voda-voda. Ta odebírají teplo z vody, která se čerpá ze studny a po ochlazení v tepelném čerpadle se vrací do druhé (vsakovací) studny. Studny je vhodné provést jako vrtané, s hloubkou 15 - 25 m. Podmínkou použití tohoto systému jsou příznivé hydrogeologické podmínky v lokalitě a z toho plynoucí dostatečná vydatnost podzemní vody.

Zdroj: Pražská energetika

Prakticky všude lze využít teplo zemské kůry, to znamená tepelná čerpadla typu země-voda (pokud bychom dbali na přesnou terminologii, museli bychom hovořit o kombinaci nemrznoucí kapalina/voda). Rovněž tato zařízení pracují s dobrou účinností po celý rok. Přenos tepla mezi zemí a tepelným čerpadlem zprostředkuje v zemi uložené plastové potrubí, v němž obíhá nemrznoucí kapalina. Toto potrubí se nejčastěji ukládá do vrtu o hloubky 60 - 120 m. Tam, kde je k dispozici dostatečně velký pozemek, existuje levnější varianta - výkopový kolektor. V délce cca 15 m je do hloubky 1,5 - 2 m vyhlouben výkop široký 0,9 m, na jehož dno je uloženo potrubí a poté je opět zasypán. Tento systém je vhodný především u novostaveb a objektů, kde ještě nejsou dokončeny terénní úpravy pozemků v okolí objektu. Výkopové kolektory jsou cca o 50 % levnější než vrty, ale vhodné jsou spíše pro menší instalace.

Zdroj: Pražská energetika

Tepelná čerpadla typu vzduch-voda nebo vzduch-vzduch mohou odebírat teplo z venkovního vzduchu, případně z vnitřního vzduchu. U systému vzduch-voda se teplo dodané tepelným čerpadlem předává do topné vody. Tento systém je vhodný pro sezónní ohřev bazénové vody nebo pro ohřev teplé užitkové vody (TUV), pro vytápění je však obvykle nutné složitější technické řešení, kdy pokles účinnosti v zimních měsících je kompenzován elektrokotlem nebo jiným zdrojem tepla. Některé typy tepelných čerpadel nabízených v posledních letech jsou však použitelné i při záporných teplotách venkovního vzduchu. U systému vzduch-vzduch se teplo předává přímo do vnitřního vzduchu místnosti. Výhodou u tohoto systému je skutečnost, že v letním období můžeme objekt reverzním chodem chladit-klimatizovat.

Zdroj: Pražská energetika

V průmyslu lze využít také další zdroje nízkopotenciálního tepla, včetně odpadního. V provozu jsou například instalace v úpravnách vod, kdy se teplo odebírá z právě z upravované vody. Tepelná čerpadla jsou při dnešních cenách energie ekonomická zejména jako náhrada elektrických přímotopů, případně vytápění kapalným plynem nebo topným olejem. Lze je tedy jednoznačně doporučit tam, kde mohou být vhodnou náhradou elektrického vytápění nebo v případě přechodu z tuhých paliv na ušlechtilejší způsob vytápění v lokalitách, kde není dostupný zemní plyn (eventuelně je tam přetížená elektrická síť, takže by ani nebylo možno dosáhnout celého příkonu přímotopů).
Některé distribuční energetické společnosti dotují využívání tepelných čerpadel jako efektivního a k životnímu prostředí šetrného využití elektrické energie. Využívání tepelných čerpadel je podporováno většinou distributorů elektřiny zvýhodněnými tarify pro odběr elektrické energie, někteří z nich poskytují vybraným zájemcům i investiční dotaci na instalaci tepelného čerpadla. Aktuální informace je možno získat přímo u příslušných distribučních energetických společností. Ty také provozují poradenská a informační střediska, která bezplatně poskytují informace a konzultace a mohou asistovat i při výběru nejvhodnějšího tepelného čerpadla.

Tepelná čerpadla a životní prostředí
Tepelná čerpadla sice umožňují využívat obnovitelné či druhotné zdroje energie, ke svému provozu však potřebují dodávku části energie zvenčí. V naprosté většině tepelných čerpadel, která jsou dnes komerčně dostupná, je využívána elektrická energie. Vzhledem k tomu, že pro výrobu elektrické energie jsou v České republice využívána především fosilní paliva a jaderná energie, nelze v případě tepelných čerpadel hovořit o stoprocentně „ekologickém“ a z hlediska produkce tzv. skleníkových plynů neutrálním řešení – při výrobě elektrické energie z fosilních paliv je uvolňováno značné množství "skleníkových" zplodin a ovzduší znečišťujících látek. Při orientačním srovnání může být dokonce produkce emisí na úrovni přeměn primárních zdrojů energie.
Proto je nutno mít na paměti, že pokud má být řešení zdroje tepla s využitím tepelného čerpadla prezentováno jako příznivé pro životní prostředí, mělo by být využíváno pouze tam, kde je minimalizována poptávka po vyrobeném teple (nízkoenergetické nebo alespoň zateplené budovy, nízkoteplotní otopná soustava, vhodný systém regulace) a je zvážena i možnost využít jiných obnovitelných zdrojů energie jako je sluneční energie či biomasa.



Jaroslav Jakubes
jaroslav.jakubes@enviros.cz





CD Principy a užití Druhy TČ
JDI NA PŘEDCHOZÍ STRÁNKU ZOBRAZ MAPU CD JDI NA DALŠÍ STRÁNKU



JDI NA PŘEDCHOZÍ STRÁNKU ZOBRAZ MAPU CD JDI NA DALŠÍ STRÁNKU