Jak efektivně dopravit teplo od tepelného čerpadla do objektu?

Odborné i PR články jsou často zaměřeny na technologii výroby tepla a chladu prostřednictvím tepelných čerpadel s ohledem na co možná nejnižší pořizovací náklady na jednu kWh vyrobené tepelné energie.

Méně pozornosti je však věnováno problematice ztrát energie při její dopravě mimo vytápěné prostory.

Jednou z aplikací, kde se dopravuje teplo, jsou tepelná čerpadla systém vzduch-voda v tzv. „kompaktním provedení“, kde jsou veškeré komponenty tepelného čerpadla umístěny ve venkovní jednotce a do objektu vede topná voda, případně topný okruh nemrznoucí směsi.

Níže si ujasníme, o jaké ztráty se může jednat.
 

Tepelné čerpadlo vzduch-voda vzdálené 10 m od objektu

(celkem 20 m potrubí v zemi)

Parametry tepelného čerpadla 5 kW

Tepelné čerpadlo bude pracovat v režimu 20% příprava TV (vysoká teplota) a 80% vytápění (nízká teplota).

Výkonové parametry při -7°C slouží pro vyhodnocení ztrát na potrubí v zimních měsících, kdy je požadavek na vytápění nejvyšší.

Parametry při teplotě +7°C jsou použity pro výpočet průměrného ročního provozu, protože teplota se shoduje s průměrnou roční teplotou v ČR.

Porovnávané varianty

1. Předizolované potrubí od GEROtop UNO
2. „Klasické“ řešení vícevrstvé potrubí PE/Al/PEX + Izolace 19 mm + chránička
3. „Klasické“ řešení, do kterého se dostala voda 

Teploty okolí -5°C (-7°C vzduch / 55°C médium) 

Teploty okolí 7°C (7°C vzduch / 55°C médium)

Pokud budeme pracovat se zdrojem tepelného čerpadla vzduch-voda 5 kW, potom jsou ztráty na vedení velkým podílem na ztrátě výkonu schopného dopravit pro vytápění nebo přípravu TV v RD.

Při okrajových podmínkách -7°C venkovního vzduchu bude ztráta výkonu:

• 4% v nejlepší variantě předizolovaného potrubí PUR UNO,
• 30% v případě porušené izolace, která je nasáklá vodou.

Tak vysoká ztráta může být zásadní pro dostatečné zásobování RD teplem, kdy uživatel může pociťovat nedostatek tepla z tepelného čerpadla, které musí být nahrazeno dodávkou přímé elektrické energie od elektropatrony.

Průměrné ekonomické ztráty lze vyčíslit vztažením na průměrnou roční teplotu 7°C, kdy budeme pracovat s průměrnou dobou provozu 3.500 hodin s poměrem přípravy teplé vody a vytápění 20/80%.

Teploty okolí 7°C (7°C vzduch / 55°C médium/35°C)

Velkým rizikem klasického řešení je vnikání vody, která z něj udělá špatně izolující a tím pádem neefektivní řešení. Nedostatečné zatěsnění konců nebo přechody a spoje jsou častým místem průniku vody.

Řešení předizolovaného potrubí, které je v celé délce vyplněno PUR, zabezpečuje nulovou šanci vniku vody i v případě otevřených konců. Voda se nedostane mezi izolaci a chráničku. 

Poznámka:

Metodika výpočtu může být značně ovlivněna. Uvažovaný typ tepelného čerpadla je frekvenčně řízen, a tedy průtok vedením v zemi je téměř nepřetržitý a to i v případě zastavení kompresoru je stále činné cirkulační čerpadlo. V zimních měsících hlavně z důvodu možného zámrzu.

Průměrné teploty vzduchu jsou u výpočtu použity jako hodnoty teplot v zemi. Hodnota průměrné teploty +7°C je nejvíce vypovídající o chování a ztrátách systému. 

Přehled všech typů předizolovaného potrubí