Tepelná čerpadla země/voda se zemním kolektorem s přímým odparem

Jak již víme, tepelná čerpadla se stala a v mnoha případech stanou nedílnou součástí vytápění rodinného domu. Instalací této technologie získá uživatel komfortní a úsporné řešení pro tepelnou pohodu ve svém domě. Tepelné čerpadlo energii nevyrábí, ale pouze přečerpává, a to zásadně dvěma způsoby:

• ochlazením okolního vzduchu (aerotermickými tepelnými čerpadly vzduch/voda),
• ochlazením okolní země (geotermálními tepelnými čerpadly země/voda s využitím zemních vrtů a nebo zemních kolektorů).

Jako velice perspektivní se jeví problematika geotermální technologie, která jímá teplo ze země prostřednictvím zemního kolektoru, a to tzv. přímým odparem. Jak je zřejmé z obrázku, jedná se o unikátní technologii, která v primárním okruhu nemá žádný výměník ani žádné oběhové čerpadlo.

V potrubí zemního kolektoru koluje přímo chladivo, které tlačí kompresor tepelného čerpadla. Zemní kolektor proto přímo slouží jako výparník, kde dochází k rozstřiku chladiva, tedy k jeho změně skupenství z kapaliny na plyn, čímž na sebe váže teplo z okolí a ochlazuje zem. Nespornou výhodou technologie přímého odparu je výrazně nižší potřebná plocha pro zemní kolektor, a s tím spojené nižší náklady. Další výhodou je úspora výměníku a oběhového čerpadla. Vzhledem k tomu, že zemní kolektor je součástí chladicího okruhu a pracovní tlak je až 35 barů, je kladen větší nárok na kvalitu odborného dodavatele.

Výstupní sekundární okruh je osazen výměníkem pro ohřev topné vody. Topné faktory jsou vždy příznivější při nižší teplotě výstupní vody. Volba podlahového topení je tedy ideální, topný okruh radiátorů není vyloučen, měl by však být dimenzován na nižší teplotu. Maximální výstupní teplota z tepelného čerpadla bývá 54 °C.

Geotermální tepelné čerpadlo (země / voda) se zemním kolektorem a přímým odparem

Kresba (c) REGUCON, s.r.o.

Zemní kolektor

Zemní kolektor se skládá z jednotlivých smyček z měděného potrubí, které je opatřeno ochrannou vrstvou. Tyto smyčky mají stejnou délku, obvykle 75 až 85 m. Počet smyček se volí podle příslušného výkonu tepelného čerpadla. Při vhodném druhu zeminy je vzdálenost mezi smyčkami 40 cm. Doporučená hloubka uložení pro přímý odpar je 0,6 až 1,2 metru.

V průběhu zimy dochází v místě kolektoru k promrzání zeminy, která pak v letním období regeneruje a taje, k čemuž dochází nejčastěji průsakem dešťové vody. U technologie se dociluje průměrné výtěžnosti 60 W / 1m²  plochy kolektoru.

Položení kolektoru se nejlépe řeší provedením skrývky vrchní horniny do hloubky uložení, což může být i po částech. Na dno se pak s pravidelnými rozestupy provádí pokládka potrubí kolektoru. Po zpětném zahrnutí se přibližně 20 cm pod povrch osazuje žlutá výstražná fólie.

Ohřev teplé užitkové vody je touto technologií nejčastěji řešen za pomocí horkých par výtlaku kompresoru. Ty lze odebírat jen v určitém poměru, a to jen při odevzdávání tepla – při topení. V letním provozu se tedy nejčastěji používá solární ohřev, případně elektrická patrona.

Pokládka kabelových smyček kolektoru

Foto (c) REGUCON, s.r.o.

Krytí kabelových smyček kolektoru v terénu

Foto (c) REGUCON, s.r.o.

Konečné zakrytí kabelových smyček zemního kolektoru na pozemku

Foto (c) REGUCON, s.r.o.

Topný faktor

Topný faktor charakterizuje účinnost tepelného čerpadla. Technologie přímého odparu vykazuje podstatně vyšší stabilitu než u tepelného čerpadla vzduch/voda. Topný faktor je závislý na teplotě výstupní vody. Systém přibližně dociluje parametrů, které jsou uvedeny v tabulce.

Redakce děkuje společnosti ReguCon, s.r.o. ( www.sofath.cz ) za poskytnutou konzultaci a obrazovou dokumentaci.