Jak funguje tepelné čerpadlo se zemním zdrojem tepla?

A je snadné pochopit, proč byste to udělali, když uvážíte stále rostoucí náklady na vytápění. Dalším problémem je, že mnoho z topných systémů, které jsme zmínili dříve, se spoléhá na paliva, která způsobují škodlivé emise a znečištění.

Jedním z nejlepších způsobů, jak toho dosáhnout, je používat k vytápění tepelná čerpadla využívající zemní zdroje. Protože využívají obnovitelnou energii, jsou mnohem šetrnější k životnímu prostředí a jejich další výhodou je i vysoká účinnost. Podívejme se, jak tepelná čerpadla se zdrojem tepla v zemi fungují a jak si můžete vypočítat jejich účinnost.

Co je tepelné čerpadlo se zdrojem tepla v zemi?

Zemní tepelné čerpadlo je topný systém, který je schopen získávat sluneční energii uloženou v zemi a stlačovat ji, aby se zvýšila její teplota. Tímto způsobem tepelná čerpadla se zdrojem země nejen poskytují obnovitelnou energii, ale mohou vám trvale zajišťovat veškerou teplou vodu a vytápění.

Jak funguje tepelné čerpadlo se zdrojem tepla ze země?

Nyní, když jste se dozvěděli, co jsou tepelná čerpadla se zdrojem tepla v zemi, pojďme se podívat trochu hlouběji na to, jak fungují. Nejlepší analogií pro ilustraci jejich fungování je představa vaší ledničky. Tepelné čerpadlo ve vaší chladničce odvádí teplo ven a rozptyluje ho v zadní části chladničky pomocí výměníku tepla.

Ve své podstatě tedy tepelná čerpadla využívají přirozené teplo uložené v zemi pomocí podzemních vodovodních trubek, které teplo absorbují, poté jej stlačují pomocí tepelného čerpadla a zajišťují účinné vytápění vašeho domu. Podívejme se nyní na proces, který tepelná čerpadla se zdrojem země využívají, podrobněji.

Krok 1: Zemní teplo

Celý proces začíná tím, že slunce ohřívá povrch země. Toto teplo se pak přenáší hlouběji do podloží. Protože tento proces probíhá pomalu v čase, nedochází k takovým výkyvům a změnám teploty půdy jako u teploty vzduchu v důsledku měnícího se počasí.

Ve Velké Británii se teplota půdy udržuje stabilně mezi 8 °C a 12 °C po celý rok bez ohledu na roční období nebo počasí. To v konečném důsledku znamená, že teplo ze země může být spolehlivým a efektivním zdrojem vytápění po celý rok.

Krok 2: Absorpce tepla zemní smyčkou

V dalším kroku procesu systém absorbuje výše zmíněné teplo ze země. K tomu využívá zemní smyčku, což je síť trubek instalovaných pod zemí. Na základě vašich konkrétních potřeb, požadavků, dostupného pozemku a půdních podmínek můžete tyto trubky rozložit v různých konfiguracích.

V každém případě tyto trubky obsahují studenou směs vody a nemrznoucí směsi, která je jimi neustále čerpána. Protože teplo přirozeně proudí od horkého ke studenému, teplo pak přechází z teplejší půdy do chladnější kapaliny. Tímto způsobem se kapalina při cirkulaci pod zemí ohřívá.

Krok 3: Přenos tepla ve výparníku

Dalším krokem je přenos tepla z výše uvedené kapaliny. To provádí tepelné čerpadlo, které se skládá ze čtyř samostatných součástí, z nichž každá plní určitou funkci. První z nich je výparník, což je na základě výše uvedeného příkladu výměník tepla podobný tomu, který najdete ve své ledničce.

Ohřátá kapalina v zemní smyčce je čerpána do výparníku. Zde oddělovací desky výparníku oddělují ohřátou kapalinu od chladiva. Tyto desky umožňují přenos tepla z ohřívané kapaliny do chladiva, které je studenou směsí kapaliny a páry. Jak se tato směs zahřívá, začne vřít a v důsledku toho se mění na plyn. Tento plyn má pak stejný tlak jako původní chladivo, ale jeho teplota se mírně zvýší.

Krok 4: Zvýšení tlaku pomocí kompresoru

Jakmile je chladivo přeměněno na plyn, je přiváděno do další součásti tepelného čerpadla, kompresoru. Kompresor je důležitou součástí celého systému. Jednak funguje jako čerpadlo, aby kapalina mohla cirkulovat systémem. Za druhé pomocí tlaku chladivo dostatečně ohřívá, aby poskytlo dostatek tepla, které se následně předá do budovy.

Jak již bylo zmíněno, kompresor výrazně zvyšuje tlak plynu. V důsledku toho se podstatně zvýší i jeho teplota. Je důležité, aby do kompresoru vstupoval pouze plyn, protože jakákoli kapalina jej může poškodit. Proto hraje výparník v systému tepelného čerpadla zásadní roli.

Krok 5: Přenos tepla v kondenzátoru

Plyn se zvýšenou teplotou pak proudí do kondenzátoru. Je to výměník tepla podobný výparníku a má také sadu desek pro přenos tepla, které oddělují plyn od vody. Stejně jako předtím, a protože teplo proudí z horkého do studeného, teplo přechází do vody. Tím se voda ohřeje na teplotu, která je schopna zajistit vytápění nebo ohřev vody v domě nebo budově.

Koeficient výkonu

Stojí za zmínku, že množství tepla, které kondenzátor odevzdá, závisí na koeficientu výkonu tepelného čerpadla (COP). Tento COP udává účinnost tepelného čerpadla. Jinými slovy, ukazuje, kolik tepla získáte z tepelného čerpadla v poměru k vložené energii. Pokud má například tepelné čerpadlo COP 2, získáte 2 kW tepelné energie na každý 1 kW elektrické energie na provoz čerpadla.

Pro výpočet výkonového koeficientu tepelného čerpadla budete potřebovat dva údaje:

– Tepelný výkon kondenzátoru nebo Q.

– Energie dodaná kompresoru nebo W.

Tepelný výkon kondenzátoru (Q) vydělíte energií dodanou kompresoru (W):

COSP = Q/W

Odpověď na tuto rovnici vám ukáže vztah mezi energetickým výkonem a energetickým příkonem, nebo jednodušeji řečeno, kolik tepla tepelné čerpadlo vydá na každou jednotku spotřebované energie. To znamená, že čím vyšší je COP, tím více tepla získáte za dodanou elektrickou energii, což zase znamená, že systém bude ekonomičtější.

Například tepelné čerpadlo o výkonu 1 kW s COP 3,5 ohřeje za hodinu téměř 40 litrů vody, zatímco tepelné čerpadlo o výkonu 1 kW s COP 2 ohřeje jen asi 24 litrů.

Při výpočtu COP tepelného čerpadla je třeba mít na paměti několik věcí. Za prvé, protože vyjadřujete COP bez jednotek, budete muset při výpočtu použít stejnou jednotku pro vstupní i výstupní energii.

Také byste měli rozlišovat COP od COSP, který vám naopak ukazuje vztah mezi množstvím energie a množstvím vykonané práce. Například CSOP vám ukáže, kolik energie je třeba k výrobě 1 kW tepla.

Krok 6: Opakování cyklu

Když během výše uvedeného procesu dojde k přenosu tepla z chladiva do vody, chladivo se ochladí a vrátí se zpět do kapalné formy. Než jej však čerpadlo přečerpá zpět do výparníku, aby proces začal znovu, musí se kapalina dostatečně ochladit, aby mohla absorbovat teplo z kapaliny přicházející ze zemní smyčky. K tomu slouží expanzní ventil.

Snižuje tlak kapaliny a snižuje její teplotu. Tím se chladivo opět změní na směs kapaliny a páry. Jakmile se tak stane, je chladivo připraveno k opětovnému spuštění procesu.

Krok 7: Distribuce tepla

Distribuční systém shromažďuje a uchovává vodu ohřátou kondenzátorem. . Odtud může rozvodný systém čerpat vodu po celém domě nebo budově prostřednictvím sítě potrubí pro podlahové vytápění nebo do radiátorů. Uskladněnou vodu můžete také použít pro vodovodní kohoutky, sprchy a vany.

Podtrženo a sečteno

Zemní tepelná čerpadla jsou vynikajícím řešením pro vytápění vašeho domu nebo budovy způsobem, který je šetrnější k životnímu prostředí, lehčí pro vaši kapsu a efektivnější. Doufejme, že tento příspěvek pomohl ilustrovat, jak fungují a jak můžete vypočítat účinnost tepelného čerpadla.