Návrh topného systému s tepelným čerpadlem typu vzduch-voda
Návrh řeší vytápění rodinného domu tepelným čerpadlem jako hlavním zdrojem, doplněným bivalentním zdrojem. Tepelné čerpadlo je nedílnou součástí jednoho technologického celku, jehož účelem je vytápění a ohřev teplé vody (TV), případně ohřev bazénu.
Celý technologický celek je sestaven z následujících hlavních komponentů:
- Regulus*CTC EcoAir 107 - venkovní jednotka tepelného čerpadla, topný výkon 7,1 kW
- Regulus*CTC EcoEl/AKU - akumulační nádrž 223 l s průtokovým ohřevem TV, bivalentní zdroj tepla (elektrokotel) a integrovaný ekvitermní regulátor
Tepelná čerpadla CTC jsou vyráběna ve Švédsku. Vzhledem k místním klimatickým podmínkám jsou velmi oblíbena, neboť vynikají vysokými topnými faktory při nízkých venkovních teplotách. I proto tvoří 43% tepelných čerpadel vzduch/voda instalovaných ve Švédsku právě tepelná čerpadla CTC.
Tepelné čerpadlo vzduch/voda Regulus*CTC EcoAir 107 - EcoEl/AKU je promyšlený kompaktní systém, který je navržen pro efektivní využití tepelného čerpadla i dalších obnovitelných zdrojů energie. Kompaktní vnitřní jednotka EcoEl/AKU v sobě skrývá prakticky celou kotelnu, zajišťuje vytápění i přípravu TV.
Vnitřní jednotka - Regulus*CTC EcoEl/AKU
Tato vnitřní jednotka může pracovat samostatně s využitím vlastních elektrických topných těles nebo s připojeným vzduchovým či zemním tepelným čerpadlem, má možnost připojit sluneční kolektory a kotel na tuhá paliva. Dále plní funkci akumulační nádoby o obsahu 223 l, ohřívá TV bez nebezpečí vzniku legionely, pracuje jako elektrokotel s celkovým výkonem 15 kW, z toho 9 kW je spínáno po 1,5kW krocích.
Pro optimální využití nízkoteplotních zdrojů tepla (tepelné čerpadlo, solární systém) je akumulační nádoba rozdělena do 3 sekcí:
- spodní sekce, ze které se odebírá nejchladnější voda pro tepelné čerpadlo
- střední největší sekce, která je ohřívána tepelným čerpadlem a slouží jako akumulační nádoba. Z této sekce se za běžného provozu napájí topný systém. Je v ní umístěna velká část žebrovaného výměníku tepla, ve které se předehřívá TV. Ta zároveň maximálně vychlazuje zpátečku do tepelného čerpadla a tím zvyšuje jeho účinnost. Je zde osazena 6kW topná tyč, která se spíná okamžitě při poruše tepelného čerpadla nebo při extrémně nízkých venkovních teplotách. Do této sekce se také připojují sluneční kolektory nebo kotel.
- horní sekce, do které vstupuje voda ze spodní sekce a dle potřeby se může dohřívat instalovanou 9kW topnou tyčí se spínáním výkonu v krocích po 1,5 kW. V této sekci je umístěna dohřívací část žebrovaného měděného výměníku pro přípravu TV. Pokud nestačí teplota či výkon TČ pro přípravu TV, je zde rychle a na přesnou teplotu dohřívána elektrickou patronou. Pokud nestačí výkon TČ pro topení (tj. pod bodem bivalence), je odebírána voda pro topení i z této sekce.
Jednotka EcoEl/AKU zajišťuje optimální rozvrstvení teploty (stratifikaci), které je vhodné práci tepelného čerpadla a solárního systému na nejnižších teplotách, kdy je jejich účinnost největší. Přesná regulace a spínání topné patrony po malých krocích zajišťuje komfortní dodržování výstupní teploty TV i vody pro topení bez zbytečného plýtvání energií.
Akumulační nádrž je opatřena polyuretanovou izolací a elegantním opláštěním. Veškeré vývody jsou koncentrovány v horní části, takže nádrž lze umístit přímo ke stěně. Nádrž je vybavena pojistným ventilem TV i topení, oběhovým čerpadlem pro TČ, speciálním 4-cestným směšovacím ventilem topné vody včetně pohonu.
Popis regulace
Systém je řízen mikroprocesorovou regulací s velkým displejem a jednoduchým ovládáním. Vytápění domu je řízeno ekvitermní regulací dle venkovního i pokojového čidla s možností časového programování i okamžitého manuálního zvýšení či snížení nastavené teploty. Systém je osazen čtyřcestným ventilem, který řídí výstupní teplotu do topného systému a zároveň řídí odběr vody z akumulační nádrže buď pouze ohřáté tepelným čerpadlem, nebo zajišťuje její směšování s vodou předehřátou elektrickou topnou tyčí v horní části nádrže pro dosažení vyšší výstupní teploty při maximálním využití tepelného čerpadla.
Pro spojení s tepelným čerpadlem Regulus*CTC slouží komunikační linka. Díky tomu se přímo na displeji zobrazují parametry tepelného čerpadla, chybová hlášení a je možné plně TČ kontrolovat a nastavovat.
Pro omezení proudových špiček, které mohou způsobovat vypadnutí hlavního jističe kvůli krátkodobému přetížení (např. při sepnutí několika větších spotřebičů najednou), nabízí systém Regulus*CTC několik řešení:
- v regulaci lze nastavit omezení maximálního výkonu obou topných tyčí
- každé tepelné čerpadlo Regulus*CTC je standardně vybaveno soft startérem, který omezuje maximální proud při startu kompresoru
- regulátor je ve standardní dodávce vybaven snímači proudu hlavního jističe domu. V regulátoru se nastaví hodnota hlavního jističe v A (při jejím překročení by jistič vypadl). Regulátor průběžně měří proud všemi fázemi hlavního jističe a ihned po stupních redukuje elektrický ohřev u té fáze, které by hrozilo přetížení, a udržuje tak proud protékající hlavním jističem na jeho maximální hodnotě. Pokud po vypnutí elektrického ohřevu stále hrozí přetížení, vypíná regulátor i tepelné čerpadlo. Díky tomu regulátor zabrání výpadkům hlavního jističe např. při sepnutí rychlovarné konvice, sporáku či domácí vodárny; přitom krátkodobé omezení výkonu topné tyče se na komfortu topení nepozná. Toto řešení umožňuje provoz systému s elektroohřevem a tepelným čerpadlem i u domů s málo dimenzovaným hlavním jističem, kde by klasický systém způsoboval časté výpadky hlavního jističe.
Klimatické podmínky
| Lokalita | Venkovní výpočtová teplota | Topné období pro danou lokalitu | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| tem = 12°C | tem = 13°C | tem = 15°C | |||||
| te | tes | d | tes | d | tes | d | |
| [°C] | [°C] | [dny] | [°C] | [dny] | [°C] | [dny] | |
| Praha | -12 | 4 | 216 | 4,3 | 225 | 5,1 | 254 |
| topné období pro tem = 13°C | počet dnů topného období | 225 | |||||
| průměrná teplota v topném období (°C) | 4,3 | ||||||
| průměrná teplota pro sezónní ohřev bazénu (°C) | --- | ||||||
| průměrná teplota v roce pro ohřev TV (°C) | 9,4 | ||||||
Tepelné potřeby domu a tepelné výkony zdrojů
Vzhledem k potřebným výkonům pro dům s tepelnými ztrátami 8 kW při výpočtové teplotě -12°C navrhujeme typ tepelného čerpadla Regulus*EcoAir 107.
| venkovní teplota °C | tepelná ztráta domu (kW) | výkon TČ (kW) | příkon TČ (kW) | výkon bivalentního zroje (kW) | teplota topné vody |
|---|---|---|---|---|---|
| -12 | 8,0 | 4,7 | 2,0 | 3,3 | 50 |
| -10 | 7,5 | 4,9 | 2,1 | 2,6 | 49 |
| 0 | 5,0 | 6,2 | 2,1 | 0,0 | 41 |
| 7 | 3,3 | 7,3 | 2,0 | 0,0 | 35 |
| 15 | 1,3 | 8,7 | 2,1 | 0,0 | 27 |
| průměrná venkovní teplota °C | |||||
| 9,4 | TUV | 7,2 | 2,5 | ----- | 50 |
Maximální teplota, na kterou je tepelné čerpadlo schopné ohřát topnou vodu, je 55°C a na tuto teplotu musí být navržena otopná soustava (ideální je podlahové či stěnové vytápění, velkoplošné radiátory apod.). Čím nižší bude teplota topné vody v otopném systému, tím vyšší bude topný faktor tepelného čerpadla a úspory na provozu tepelného čerpadla.
Ekonomické zhodnocení
| vstupní hodnoty | |
|---|---|
| výpočtová venkovní teplota | -12 °C |
| počet topných dnů | 225 dnů |
| průměrná venkovní teplota v topném období | 4,3 °C |
| tepelné ztráty objektu | 8 kW |
| průměrná vnitřní teplota | 19 °C |
| průměrný topný faktor v topném období | 3,35 |
| tepelné ztráty při prům. venkovní teplotě | 4,2 kW |
| průměrná celoroční teplota - pro TV | 9,4 °C |
| průměrný topný faktor pro TV | 2,8 |
| průměrná denní spotřeba TV (4 osoby) | 320 l |
| výpočet | |
| průměrná roční spotřeba pro topení | 17 360 kWh |
| z toho je pokryto tepelným čerpadlem | 16 320 kWh |
| spotřeba tepelného čerpadla | 4 870 kWh |
| dodáno elektrickým přihříváním | 1 040 kWh |
| průměrná roční spotřeba pro ohřev TV (4 osoby) | 7 900 kWh |
| z toho je pokryto tepelným čerpadlem | 7 390 kWh |
| spotřeba tepelného čerpadla | 2 640 kWh |
| dodáno elektrickým přihříváním | 510 kWh |
| roční potřeba energie | 25 260 kWh |
| celková spotřeba energie | 9 060 kWh |
| Roční úspora energie | 16 200 kWh |
Uvedená ekonomická kalkulace vychází z průměrných hodnot (průměrné teploty pro vytápění) a proto se může odlišovat, pokud je například spotřeba TV odlišná nebo pokud jsou jiné klimatické podmínky.
Ideové schéma zapojení systému
Regulus byl založen roku 1992 v Praze a od té doby se podařilo vybudovat stabilní ryze českou firmu, která dnes celkem zaměstnává, i ve svých dceřiných společnostech, téměř 180 kvalifikovaných pracovníků. Jedná se o dynamicky se rozvíjející firmu ...