Kdy lze vyměnit kotel za tepelné čerpadlo. Část 3/4. Soulad ekvitermní křivky a parametrů TČ
Náhrada kotle tepelným čerpadlem vyžaduje ověření hydrauliky soustavy, teplotních režimů a výkonů tepelného čerpadla. Vzájemné nepřizpůsobení lze odhalit změřením teplot, prací s grafy ekvitermní křivky a podklady výrobce, zejména v případě jednodušší soustavy vytápění v rodinném domě.
Soulad s teplotními mezemi
V části 2 jsme nalezli ekvitermní křivky stávající soustavy, ale budou vyhovovat provozním podmínkám tepelného čerpadla?
Obr. 7 Příklad teplotních mezí tepelného čerpadla vzduch-voda
Chceme křivky pro konkrétní tepelné čerpadlo, takže bychom měli použít teploty, které odpovídají tepelnému čerpadlu. V prvé řadě je určují meze pracovních teplot tepelného čerpadla.
Podívejme se na jedno z více splitových tepelných čerpadem vzduch-voda, ke kterému lze na webu získat podrobné technické podklady, viz obr. 7
Pro naši úlohu počítající s venkovní výpočtovou teplotou −12 °C (Pozor, tato teplota závisí na oblasti, kde dům stojí!) lze z grafu na obr. 7 odečíst maximální použitelnou teplotu otopné vody cca 53 °C. Proto ji společně s vnitřní teplotou 21 °C a výpočtovou venkovní −12 °C zadáme do výpočetní pomůcky, viz obr. 8.
Obr. 8 Byla zadána změřená vnitřní teplota vzduchu 21 °C. Dále minimální venkovní výpočtová teplota −12 °C v oblasti, kde se dům nachází a maximální teplota přívodu otopné vody 53 °C, pro názornost ohraničeno červeně.
Obr. 9
Nyní, změnami minimální teploty otopné vody (ve žlutě ohraničeném poli) upravujeme průběh střední teploty (zelená křivka) tak dlouho, až tato křivka bude procházet při −3 °C venkovní teploty ze změřených teplot vypočtenou střední teplotou 45 °C. To se podaří při výpočtové minimální teplotě otopné vody 50 °C, viz obr. 9.
Z obr. 9 vidíme, že výpočtový teplotní spád je teplotou 53 °C na hranici teplotních mezí a provoz s nízkým teplotním spádem 53/50 °C by již nebyl optimální, nicméně pokračujme dále.
Tepelná ztráta domu
Abychom měli jistotu, že tepelné čerpadlo bude vyhovovat, musíme ověřit, že za daných provozních podmínek bude mít dostatečný výkon. K tomu je nutné znát nebo určit výpočtovou tepelnou ztrátu domu.
Tepelná ztráta výpočtem
Toto je nejpřesnější postup, ale v realitě starších domů odborně, časově i nákladově nejdražší. Lze například využít i on-line pomůcku na TZB-info Výpočet tepelné ztráty objektu dle ČSN 06 0210, i když uvedená ČSN již není platná. Nicméně fyzikální zákony platí stále stejně.
Tepelná ztráta z projektu
Pokud je k dispozici projekt soustavy vytápění, může být částečně vyhráno v případě, že po zpracování projektu nedošlo k pozdějšímu zateplení fasády domu, výměně oken, dveří aj. Z projektu lze použít vypočtenou tepelnou ztrátu zahrnující i větrání. Ale pozor, nikoliv z ní odvozený výkon zdroje tepla. Je to dáno tím, že s kotli se běžně využívá noční útlum, přerušování provozu a určení výkonu kotle zahrnuje přirážku na zátop. S tepelným čerpadlem jsou útlumy nežádoucí, protože zátop vyžaduje zvýšení teploty otopné vody, snižuje topný faktor a výrazně roste pořizovací cena. Využít lze i tepelnou ztrátu stanovenou v rámci výpočtu energetické náročnosti budovy, energetického štítku.
Tepelná ztráta odhadem
Orientační odhad tepelné ztráty rodinného domu dle období výstavby lze provést s využitím pomůcky na TZB-info Odhad tepelné ztráty rodinného domu dle období výstavby.
Například pro samostatně stojící rodinný dům s vnitřní plochou 120 m2 s vyměněnými okny vychází ztráta 7,9 kW, pokud byl dům v základu postaven podle norem z roku 1992 pro průměrnou vnitřní výpočtovou teplotu ve vytápěném domě 20 °C. V naší úloze počítáme s průměrnou výpočtovou vnitřní teplotou 21 °C, proto dále bude pracováno s tepelnou ztrátou mírně vyšší, a to 8,4 kW (přepočteno pomocí denostupňů).
Výkon z podkladů výrobce tepelného čerpadla.
Nyní se vrátíme k podkladům výrobce tepelného čerpadla. Protože je požadováno tepelné čerpadlo s výkonem cca 8,4 kW při venkovní teplotě −12 °C, jako použitelné se jeví tepelné čerpadlo se jmenovitým výkonem 12 kW. Jeho tepelný výkon je při teplotě venkovního vzduchu −10 °C rovný 8,5 kW při 90 rps elektronicky řízeného kompresoru, viz obr. 10 a výkon se vztahuje k teplotnímu spádu 55/50 °C, který je poměrně blízko k námi určenému.
Obr. 10 Tabulkové a grafické vyjádření tepelného výkonu tepelného čerpadla v závislosti na venkovní teplotě a teplotním spádu otopné vody 55/50 °C
Z údajů na obr. 10 vyplývá, že provoz tohoto tepelného čerpadla není možný pod venkovní teplotou −10 °C. Tím mírně neplní naši podmínku provozu stávající otopné soustavy jen se zvoleným tepelným čerpadlem bez potřeby bivalentního zdroje. Důvodem tohoto omezení není to, že by provoz nebyl teoreticky možný, ale vzhledem ke sníženému topnému faktoru pod cca 2,0 provoz výrobce nedoporučuje.
Souhrnně jsme tedy zjistili, že dané tepelné čerpadlo by z hlediska výkonu, ale i teplotního spádu 55/50 °C vyhovovalo do venkovní teploty −10 °C. Při nižší teplotě již bude vyžadovat doplnění od bivalentního zdroje tepla. Ten je zpravidla řešený jako elektrické topné tyče nebo elektrokotel. V našem případě zjištěné poměrně malé nepřizpůsobení neznamená zásadní ztrátu energetické efektivity, kterou si od tepelného čerpadla slibujeme. Je to dáno velmi malou četností hodin v roce, během kterých bude venkovní teplota nižší než limitních −10 °C, a kdy bude bivalentní zdroj v provozu.
Replacing the boiler with a heat pump requires verification of the system's hydraulics, temperature regimes and heat pump performance. Mutual incompatibility can be detected by measuring temperatures, working with equithermal curve graphs and manufacturer's documents, especially in the case of a simpler heating system in a family home.