Vlastnosti tepelných čerpadel vzduch-voda

Vzduch jako zdroj energie

Tepelné čerpadlo vzduch - voda odebírá tepelnou energii z okolního vzduchu. Jeho předností je snadná dostupnost, oproti tomu nevýhodou je jeho proměnlivá teplota v závislosti na roční době a malá tepelná kapacita, která navíc kolísá dle aktuální vlhkosti. Proto v průběhu topné sezóny kolísá i výkon a topný faktor tepelného čerpadla. Z toho důvodu se vždy TČ vzduch-voda navrhuje jako bivalentní, tzn. v nejchladnějších dnech topné sezóny musí jeho výkon doplňovat dodatečný zdroj tepla (většinou elektrokotel).

Dimenzování výkonu tepelného čerpadla

Jak bylo zmíněno, výkon u systému vzduch-voda výrazně klesá s klesající teplotou okolí, oproti tomu tepelné ztráty objektu s poklesem vnější teploty narůstají. (Celková tepelná ztráta objektu se stanovuje při teplotách -12°C, -15°C nebo -18°C podle lokality, kde se nachází). Při určité venkovní teplotě dojde ke stavu, kdy se výkon tepelného čarpadla právě rovná aktuální tepelné ztrátě objektu. Tuto teplotu nazýváme bodem bivalence, neboť při dalším poklesu teploty již musí být tepelný deficit budovy doplňován bivalentním zdrojem.

Pokud výkon tepelného čerpadla bude malý, bod bivalence nastane dříve (t.j. při vyšších teplotách okolí), naopak velký výkon tepelného čerpadla dokáže tepelnou ztrátu objektu pokrýt až do nižších teplot a bod bivalence se snižuje. Každý objekt za celou topnou sezónu spotřebuje určité celkové množství tepelné energie a velikost výkonu tepelného čerpadla ovlivní, jakou část této energie dodá vlastní kompresor čerpadla a jakou bivalentní zdroj (elektrokotel).

Z našich dlouholetých zkušeností vyplývá doporučení dimenzovat velikost tepelného čerpadla tak, aby tepelný výkon při podmínkách A7/W35 (teplota vzduchu 7°C, topná voda 35°C) pokrýval celkovou tepelnou ztrátu objektu na 100 až 130 procent. Bod bivalence se pak pohybuje v rozpětí cca -3 až -8 °C (dle výkonu a typu otopné soustavy). Takto navržený systém zajistí, že z celkového množství energie dodá bivalentní (provozně drahý) zdroj pouze cca do 5% tepla a zbytek je pokryt tepelným čerpadlem.

Odvod kondenzátu

Aby mohla probíhat výměna tepla se vzduchem, výparník tepelného čerpadla je při chodu jednotky podchlazen oproti teplotě vzduchu o několik jednotek °C. Vzduch procházející výparníkem se ochlazuje a současně klesá jeho vlhkost - vysušuje se. Vzdušná vlhkost ulpívá (kondenzuje) na povrchu výparníku a stéká po něm dolů. Výparník tepelného čerpadla tedy musí být umístěn tak, aby se kondenzát mohl vsakovat do země, případně je nutno počítat s jeho odvodem.

Odtávání výparníku

Při nižších teplotách vzduchu (pod cca 8°C) se již teplota podchlazeného výparníku může dostat pod bod mrazu a kondenzát přimrzá na jeho povrch. Vrstvička ledu se postupně zvětšuje a vytváří bariéru volnému průchodu vzduchu a snižuje ochlazovací výkon výparníku. Proto je vždy po jisté době nutné tuto vrstvu ledu nechat roztát, aby kondenzát mohl odtéci. Moderní tepelná čerpadla odtávají prostřednictvím reverzačního ventilu, kdy se obrátí chod tepelného čerpadla a výparník je vyhříván horkými parami chladiva.

Kvalitní výrobky jsou vybaveny odtávací automatikou, kdy tepelné čerpadlo neodtává v pravidelných intervalech, ale reverzaci přikazuje řídící jednotka na základě vyhodnocení měřených parametrů chodu tepelného čerpadla. Vzhledem k tomu, že odtávání ubírá tepelnému čerpadlu nezanedbatelnou část topného výkonu, je optimalizace odtávacích cyklů významným prvkem ovlivňujícím celkový topný faktor tepelného čerpadla.

Ekvitermní regulace

Součástí každého kvalitního tepelného čerpadla, zejména pak tepelného čerpadla vzduch-voda, by měla být regulace teploty topné vody v závislosti na aktuální venkovní teplotě. Systém pak pracuje v každém okamžiku s nejnižší potřebnou teplotou otopné soustavy, zajišťuje maximální topný faktor a výkon tepelného čerpadla a snižuje bod bivalence (teplotu připnutí doplňkového zdroje). Kvalitní ekvitermní regulace navíc již umí pracovat s algoritmem zohledňujícím tepelnou setrvačnost budovy a dokáže plnohodnotně plnit funkci řízení teploty v interiéru.