Tepelné čerpadlo THERMIA DIPLOMAT OPTIMUM G3

V tomto článku bude pozornost zaměřena na tepelné čerpadlo země/voda, resp. voda/voda Thermia Diplomat Optimum G3 již prověřené českým trhem.  

Firma IVAR CS je distributorem švédských tepelných čerpadel Thermia. Historie této firmy sahá do roku 1889, kdy byla založena panem Perem Andersonem (narozen 1861). Již jako desetiletý chlapec se stal učněm kovářského řemesla. Později odstartoval svou vlastní produkci kamen určených k efektivnímu pečení, topení a ohřevu vody. Jak je vidět, od začátku výrobní program zaměřoval na energeticky efektivní způsoby vytápění. Firma Thermia představila a uvedla na trh první tepelné čerpadlo s vestavěným zásobníkovým ohřívačem teplé vody již v roce 1973 a některá tepelná čerpadla z této pionýrské doby jsou stále v chodu! Klíčovou hybnou silou podniku byla touha přicházet se stále lepšími výrobky. Neboli slovy zakladatele: „Výrobky, se kterými přicházíme, nejenže musí být nejlepší na svou dobu, ale musí svou dobu předběhnout." A vývoj tepelných čerpadel šel kupředu. Během posledních čtyř desetiletí švédská výrobní společnost Thermia nepřetržitě posouvá hranice možností v oboru vytápění díky vývoji stále lepších a efektivnějších tepelných čerpadel.

Začátek používání zemních tepelných čerpadel spadá do časných sedmdesátých let minulého století. Tepelná čerpadla se stávají již dobře známou a důvěryhodnou technologií pro vytápění a přípravu TV. V dnešní době evropský trh s tepelnými čerpadly již zahrnuje seriózní výrobce tepelných čerpadel. Mnoho uživatelů se ale nedokáže v nabídce firem zorientovat a vybrat adekvátní tepelné čerpadlo, proto je na místě si přiblížit kritéria výběru a pokusit se je vyhodnotit.

Tepelné čerpadlo pracuje na stejném principu jako chladnička. Jen s tím rozdílem, že primární funkce je vytápění a sekundární je chlazení. Do konce 80. let nebyl přikládán tepelným čerpadlům skutečný význam a nebyla jim přikládána velká pozornost. U investorů a uživatelů nebyl zájem o snižování spotřeby zařízení určených pro vytápění, ačkoli, jak si někdo z čtenářů vzpomene, izolace obydlí byly velice slabé.

Vyjdeme vstříc požadavkům vytápění 21. století

V dnešní době jsou používány ve stavebnictví materiály s nízkou tepelnou vodivostí, jako jsou silikátové desky anebo porothermové cihly. Okna s hodnotou součinitele U pod 1 jsou již běžnou věcí. Tepelná izolace se dá dnes najít všude – od základů domu až po podkroví. Navíc se dramaticky změnilo použití teplé vody. Není ojedinělé najít v nových domácnostech v rodinných domech více než jednu koupelnu, kde jedna z nich má velkou vanu, nebo Jacuzzi. Zde nastává kombinace požadavku více TV zvyšující komfort bydlení a zároveň potřeba snížení energetické náročnosti její přípravy. Inženýři společnosti Thermia se zaměřili na následující cíle spojené s konstrukcí tepelného čerpadla.

1. Vysoká produkce teplé vody
2. Nízká hladina hluku
3. Jednoduchost instalace při udržení inovativního, moderního designu

Tepelné čerpadlo Diplomat Optimum G3 spadá do oblasti kompaktních zemních a vodních tepelných čerpadel. To znamená, že maximum komponent potřebných pro funkci tepelného čerpadla a celého systému vytápění je umístěno ve skříni tepelného čerpadla. Od prvního uvedení na trh se Diplomat významně změnil, prodělal nespočet vylepšení. Verzi Diplomat Optimum G3 si v následujících řádcích popíšeme. Budete se moci dočíst toho, jakými technologickými prvky toto tepelné čerpadlo disponuje.

Výborný roční topný faktor SPF

Hlavní částí tepelného čerpadla je chladicí okruh, který může být popsán jako motor tepelného čerpadla. Kvalitní a efektivní chladicí okruh musí mít tři základní atributy:

1. Design
2. Kvalita komponent
3. Typ chladiva

Společnost Thermia pro Diplomat Optimum G3 použila vyspělou technologii pro optimalizaci každého z výše tří uvedených atributů. Na základě dlouhodobě vyzkoušené a používané platformy Diplomat byl s typovým označením Optimum G3 postaven vysoce efektivní model zemního tepelného čerpadla typu ON/OFF. G3 využívá ekologické chladivo R410A, srdce tepelného čerpadla je scroll kompresor Copleland s vlastnostmi:

1. Vysoký výkon při nízkých vypařovacích teplotách (ve srovnání s pístovým)
2. Typ kompresoru scroll dosahuje optimální efektivity při všech provozních stavech. Účinnost kompresoru se zlepšuje s narůstajícími provozními hodinami.
3. Minimum pohyblivých částí, nižší hladina hluku a zvýšená životnost – scroll kompresor je nejspolehlivější řešení pro aplikace tepelných čerpadel.
4. Kompresor použitý v G3 je vytvořen speciálně pro použití v tepelných čerpadlech a při provozu spolu s řídicím systémem splňuje požadavky potřeby tepla bez ohledu na měnící se podmínky ve Vašem domově.

V chladicím okruhu je použit deskový pájený výměník tepla, vytvořený na zakázku. Je známý pod označením MPHE (Micro Plate Heat Exchanger). V aplikacích tepelných čerpadel je proporce objemu nemrznoucí kapaliny: chladiva asi 10:1. Běžné výměníky disponují poměrem objemu 1:1, a tudíž můžou mít problémy vypořádat se s proměnnými provozními podmínkami. Proporce výměníků MPHE jsou optimalizované pro využití u zemních tepelných čerpadel. MPHE má dolíčkovaný povrch vylepšující způsob obtékání povrchu. Proudění získává homogenní charakter a je lépe využita teplosměnná plocha výměníku tepla. Navíc jednotlivé desky mají široké a ploché letování ve srovnání s tradičními deskovými výměníky BPHE. To zvyšuje mechanickou odolnost výměníku. Výsledkem je vyšší efektivita předávání tepla a potažmo vyšší COP tepelného čerpadla. MPHE výměníky tepla pracují efektivně v širokém pásmu pracovních podmínek a s nízkou tlakovou ztrátou. Vedle výše zmíněných fakt se snížení objemu náplně chladiva projevuje příznivě ekologicky ve snížení uhlíkové stopy při výrobě.

Celkově vzato, výměníky tepla MPHE s asymetrickou geometrií kanálů v kombinaci s chladivem R410A zlepšují přestup tepla a snižují tlakovou ztrátu. Umožňují tepelnému čerpadlu dosáhnout maximální efektivity provozu.

Automatický řídicí systém

Vypočítává požadavek tepla pro obydlí. Vnitřní teplota je dnem i nocí udržována na požadované hodnotě (např. 22 °C). V základním vybavení TČ při provozu probíhá regulace bez zpětné vazby. Po instalaci prostorového termostatu (volitelné příslušenství) probíhá regulace se zpětnou vazbou. Tak, jak je tomu u většiny tepelných čerpadel, je i u řídicího systému Integral využita venkovní teplota pro určování požadované teploty na přívodu do otopné soustavy. Tento proces je znám jako ekvitermní regulace. Se snižující se venkovní teplotou roste požadovaná teplota na přívodu do otopné soustavy. Tento fakt určuje tvar topné křivky. Při venkovní výpočtové teplotě (Praha –12 °C) má být požadovaná teplota na přívodu do otopné soustavy taková, aby otopná tělesa nebo podlahové vytápění mělo projektovaný výkon. Tzn. požadovaná teplota na přívodu do otopné soustavy se mění s měnící se teplotou venkovního vzduchu. To zaručuje příjemnou teplotu vnitřního prostředí po celé otopné období při zachování maximální hospodárnosti provozu tepelného čerpadla.

Požadavek tepla jako veličina vstupující do řídicího procesu je opět závislý na venkovní teplotě. Je vyjádřen měnící se teplotou během času. Jedná se o integrální hodnotu (jednotka: °C x minuta). Do výpočtu integrální hodnoty vstupuje hodnota požadované teploty na přívodu, skutečná teplota na přívodu a čas trvání těchto teplot. Pro spuštění kompresoru tepelného čerpadla je zapotřebí, aby řídicí systém vyhodnotil nedostatek tepla v otopné soustavě v podobě poklesu integrální hodnoty. Kompresor je spuštěn při integrální hodnotě –60 (provoz pomocného ohřevu spuštěn při hodnotě –600). Během vytápění řídicí systém nepřetržitě přírůstkově minutu za minutou vyhodnocuje integrální hodnotu. Když je požadavek dodávky tepla do budovy uspokojen a integrální hodnota vystoupá na 0, je tepelné čerpadlo vypnuto. Pak dojde postupně opět k poklesu teploty v otopné soustavě, a následně také k poklesu integrální hodnoty až na spínací hodnotu pro kompresor. Tak funguje sofistikovaná PI regulace. Toto řízení dokáže při dodržení určitých projekčních zásad simulovat taktovací nádobu (tzv. buffer tank), která jinak zabírá významné místo v obytných prostorách.

Základem úspěchu je právně nastavená topná křivka. Pak při vyhodnocování požadavku tepla pomocí integrální hodnoty je otopná soustava udržována na nejnižší teplotní úrovni. Tím je dosaženo teplotního komfortu v obydlí, maximální životnosti zařízení a minimalizaci nákladů na vytápění.

Optimum

Další inovací umožňující i tepelným čerpadlům typu ON/OFF dosahovat skvělých provozních hodnot a úsporného chodu je technologie Optimum. Jejím základem je použití oběhového čerpadla třídy A s frekvenčním měničem na okruhu nemrznoucí kapaliny a otopné soustavy. Pomocí změny otáček oběhového čerpadla je možno měnit průtok teplonosné látky přes výměník tepla tepelného čerpadla. Tím je udržován patřičný rozdíl teplot (ΔT) na přívodním a zpětném potrubí primárního okruhu (3 K). Konstantní ΔT zaručuje správné a kompletní vypařování chladiva ve výparníku. Dále správné ΔT také pomáhá primárnímu zdroji (vrtu) pracovat v souladu s požadavkem tepla vyhodnocovaným tepelným čerpadlem. Vrt zůstane v dobrém stavu v průběhu celého roku. Podobné souvislosti se týkají otopné soustavy. Rozdíl teplot 8 K zajišťuje správný průběh kondenzace na kondenzátoru a schopnost systému reagovat na přirozené mírné kolísání teplot v otopné soustavě. Jinými slovy: celý systém tepelného čerpadla pracuje v maximální dosažitelné harmonii. Technologie Optimum přináší maximalizaci ročního topného faktoru a minimální možnou spotřebu energie pro pohon tepelného čerpadla. Optimum zvyšuje efektivitu tepelného čerpadla o 5–6 %.

Významným faktem pro splnění předpisů EU je konstrukční provedení hermeticky těsného kompaktního chladicího okruhu již ve výrobním závodu Thermia. Každé teplené čerpadlo je na konci výrobního procesu testováno a označeno unikátním kódem.

Excelentní příprava teplé vody

Z důvodu snižování tepelných ztrát objektů se zvyšuje relativní podíl energie spotřebované tepelným čerpadlem na přípravu teplé vody. Proto je kladen důraz na co nejhospodárnější způsob ohřevu TV i v případě tohoto tepelného čerpadla. Thermia Diplomat Optimum G3 s vestavěným 180l zásobníkovým ohřívačem teplé vody dodává průběžně potřebné množství teplé vody. Toho dosahuje vysoce hospodárně a rychle. K tomu přispívají dvě použité patentované technologie firmy Thermia.

První je technologie TWS (Tap Water Stratification) zlepšující teplotní rozvrstvení teplé vody napříč celou výškou zásobníku.

V zásobníkovém ohřívači teplé vody je umístěn speciální spirálový výměník tepla. Ten se rozkládá po celé výšce zásobníkového ohřívače. Díky tomu dokáže za jakýchkoli pracovních podmínek velice rychle předat veškeré teplo vyprodukované kondenzátorem do objemu teplé vody. Jak toho bylo dosaženo? Uvnitř zásobníku je využito jevu přirozené konvekce a ten byl maximálně zesílen. Otopná voda je výrazně teplejší než teplá voda uvnitř zásobníku. Ohřátá teplá voda v zásobníku při ohřevu stoupá vzhůru a vytváří tzv. komínový efekt. Proudění zvyšuje součinitel přestupu tepla, a tím je celková doba ohřevu TV zkrácena. Teplosměnná plocha spirálového výměníku tepla ve 180l nádrži je 1,85 m² a v 286l nádrži je 2,2 m². Po ukončení ohřevu TV nastane proces stratifikace. Pozice spirály výměníku v zásobníku teplé vody, její tvar a průměr jsou výsledkem výzkumu vývojářů firmy Thermia. Technologie TWS poskytuje výrazně více užitné TV o teplotě 40 °C.

Druhá technologie se nazývá HGW (Hot Gas Water Heater).

Běžné TČ buď vytápí, nebo ohřívá teplou vodu, naše tepelné čerpadlo dokáže oboje najednou, a dokonce ještě lépe. Jak je to možné? Standardní uspořádání chladicího okruhu disponuje dvěma výměníky, výparníkem a kondenzátorem, z něhož odebíráme vytvořené teplo. Možná víte, že při chodu chladícího okruhu tepelného čerpadla mají přehřáté páry chladiva na výstupním potrubí z kompresoru vysokou teplotu, která mnohdy překračuje 100 °C. Záleží mimo jiné na kondenzační teplotě, potažmo na teplotě požadované na přívodu do otopné soustavy. Protože chceme co nejvyšší teplotu TV, do tohoto popsaného místa, přímo za kompresor, je umístěn výměník přehřátých par. Pomocí tohoto výměníku využíváme cca 10–15 % výstupního výkonu tepelného čerpadla pro ohřev teplé vody pro mytí a koupání. Při tom tepelné čerpadlo stále vytápí obytné prostory zbývajícími cca 90 % výstupního výkonu. Příprava TV a vytápění probíhají souběžně. Výsledkem je vysoká teplota teplé vody (až 95 °C), požadovaný komfort v obytné zóně a také nízká spotřeba energie a vysoký roční topný faktor. Tento způsob ohřevu teplé vody na vysokou teplotu paradoxně zvyšuje roční topný faktor celého zařízení a efektivitu provozu tepleného čerpadla, protože kondenzační teplota je stále v úrovni potřebné pro vytápění. Efektivita přípravy TV u Diplomat Optimum G3 je na hodnotě 3,6–4,73, zatím co ostatní konkurenti na trhu se pohybují pod hodnotou 3. Ve výsledku se dá s technologií HGW a s použitím 180l zásobníkového ohřívače dostat na 419 l dodávaného objemu užitné teplé vody 40 °C. To vše má za následek dosažení úspor kolem 800 kWh každý rok.

Nízká hladina hluku

Důležitou předností tepelného čerpadla Thermia Diplomat Optimum G3 je jeho nízká hlučnost.

Rám spolu se skříní TČ a všechny přípojky byly konstruovány tak, aby minimalizovaly:

1. Vibrace vycházející ze scroll kompresoru
2. Úroveň hluku vycházející ze scroll kompresoru

Zemní tepelné čerpadlo je v provozu několik hodin denně. Proto je nezbytné, aby hluk a vibrace z něj vycházející byly co nejnižší a nerušily během provozu obyvatele. Diplomat Optimum G3 je vybaven scroll kompresorem, jenž emituje nízkou hladinu hluku v porovnání s ostatními druhy kompresorů. Kompresor je připevněn k základové desce tepelného čerpadla za pomoci gumových vibračních izolátorů. Měděné potrubí je v chladicím okruhu tvarováno tak, aby byly vytvořeny přirozené kompenzátory chvění. To je know – how každého výrobce. Navíc je skříň tepelného čerpadla vybavena protihlukovou izolací ze skelné vaty. Při instalaci tepelného čerpadla je důležité připojit otopnou soustavu k tepelnému čerpadlu pomocí dodané sady obsahující gumové manžety a pružné hadice. To zabezpečí, že se zbytkové vibrace z tepelného čerpadla nebudou šířit do konstrukcí domu. Hladina akustického výkonu pro Diplomat Optimum G3 8 kW je 44,5 dB(A). Tyto vlastnosti předurčují Diplomat Optimum G3 pro umístění do obytného prostoru jako například zádveří nebo předsíň. Není zde potřeba mít další místnost – strojovnu. Výhodou Diplomat Optimum G3 oproti tepelným čerpadlům s invertorem je i příjemnější tón zvuku kompresoru, který je u ON/OFF strojů stabilnější avzvukově přijatelnější.

Plug & Play instalace – sen každého instalatéra

Dalším cílem při vývoji tepelného čerpadla Diplomat Optimum G3 byla jednoduchost instalace, a to jak v ohledu elektro připojení, tak i hydraulického připojení. Jednotka tepelného čerpadla je konstruována tak, že okruh nemrznoucí kapaliny může být připojen na pravou nebo levou stranu jednotky, dle situace na místě instalace. Otvory pro připojení jsou zaslepeny bodově přivařenými zátkami. Další vstupy jsou na horní straně skříně, kde naleznete hrdla pro připojení otopné soustavy a elektro připojení, pro něž stačí při uvedení do provozu při adekvátní připravenosti místa instalace pouze šroubovák.

Všechna zemní tepelná čerpadla od Thermia jsou dodávána se základními nutnými komponenty jako:

• Filter ball
• Pojistné ventily
• Venkovní snímač
• Expanzní a odvzdušňovací nádoba
• Gumové límce k prostupům skříní TČ
• Pružné hadice pro okruh NK a otopnou soustavu
• Plnicí zařízení

Ve zkratce; vše potřebné pro plně provozu schopné tepelné čerpadlo. To šetří instalační čas a minimalizuje přerušení instalace kvůli nutnosti dokupování chybějících komponent.

Diplomat Optimum G3 svou konstrukční jednoduchostí představuje dobrou volbu pro dlouhodobé používání i z hlediska běžné údržby, servisu a případné diagnostiky závad. Logika spouštění a vypínání kompresoru, algoritmy spínání jednotlivých komponent jsou mnohem čitelnější než u tepelných čerpadel s invertorem.

V neposlední řadě je na místě zmínit volitelnou možnost dálkového ovládání a monitorování tepelného čerpadla včetně alarmů. Pomocí sady ONLINE můžete nejen sledovat chování tepelného čerpadla, když nejste doma, ale i měnit nastavení, popřípadě ho vypnout nebo spustit. Můžete použít jak chytrý telefon (iPhone i Android), tablet, tak i počítač. Kdekoli a kdykoli jste v kontaktu se svým tepelným čerpadlem. Status tepelného čerpadla, nebo vývoj křivek teplot konkrétních snímačů můžete zjistit bez nutnosti jet na místo instalace.

Thermia vyrábí tepelná čerpadla už 40 let. Díky nashromážděným zkušenostem poskytujeme až 50 druhů systémových řešení, která mohou být přizpůsobena pro Vaši nemovitost.

Jako bonus jsme pro vás připravili na tato tepelná čerpadla prodlouženou záruku v době 5 let.
Pro více informací prosím kontaktujte firmu IVAR CS.

Závěrem dovolte, abychom shrnuli základní obecné principy pro navrhování tepelných čerpadel. Všeobecně panuje povědomí o tom, že při výběru tepelného čerpadla je nutno hledět na hodnotu topného faktoru. Méně se již ví, že topný faktor se liší u jednoho konkrétního tepelného čerpadla při shodných teplotách média na primární straně a teplotách a média na straně otopné soustavy při různých podmínkách měření daných normou.
Příklad: Tepelné čerpadlo Diplomat Optimum G3 13 má topný faktor B0/W35 4,9 při EN522 a 4,4 při EN 14511 (norma určuje přesně metodiku měření topného faktoru). Zároveň je velice obtížné porovnat výkony a relevantní topné faktory u tepelných čerpadel s invertorem a bez invertoru, protože u invertorových TČ jsou uváděny parametry obvykle při částečném zatížení.

Pokud půjdeme dále do základních souvislostí, můžeme říci, že velice významně ovlivňuje roční topný faktor konkrétní návrh primární strany. Správné dimenzování a volba optimální délky primárního kolektoru vzhledem k podloží je nutností. Dále je nutností návrh nízkoteplotní sekundární strany (otopné soustavy). Správným návrhem můžeme snížit kondenzační teplotu pevně spjatou s kondenzačním tlakem. Čím níže se kondenzační tlak dostane, tím méně bude kompresor spotřebovávat elektrické energie a budeme dosahovat vyšších ročních topných faktorů. Proto je nedílnou součástí správného návrhu a projektu vytápění objektu tepelným čerpadlem volba nízkoteplotní otopné soustavy, do níž rozhodně spadá podlahové vytápění a nízkoteplotní ventilátorové konvektory (fan-coily). Fancoily je dobré navrhnout na co nejnižší vstupní teploty a pokud možno na správný teplotní spád. Použití ventilátorových konvektorů přináší výhodu v letních měsících, a to v době, kdy přichází na řadu chlazení. Fancoily dokážou velice efektivně upravovat klima v pobytové zóně usměrněným proudem vystupujícího vzduchu. Podlahové vytápění stejně jako ventilátorové konvektory má ještě jednu významnou výhodu, je to vhodná charakteristika změny výkonu při změně teploty na přívodu do otopné soustavy. Toto chování charakterizuje teplotní exponent n, který v tomto případě hovoří pro použití příznivé ekvitermní křivky. Tím dochází k dalšímu zlepšení ročního topného faktoru a samotných úspor, o které nám při výběru a používání tepelného čerpadla jde především.

Thermia by měla být Vaší první volbou, pokud chcete správně dimenzované, spolehlivé a efektivní tepelné čerpadlo, uvedené do provozu v souladu s dlouhodobým bezporuchovým chodem.

---

Kontakty:

IVAR CS spol.s.r.o., Sídlo:Velvarská 9, Podhořany, 277 51 Nelahozeves,
Centrální sklad a kanceláře: Velvarská 9, Podhořany, 277 51 Nelahozeves Tel.: +420 315 785 211-2, www.ivarcs.cz, www.ivartt.cz, info@ivarcs.cz, ivarcs@ivarcs.cz