Úvodní stránka
Základní princip různé druhy TČ Topíme tepelným čerpadlem 1 Trochu počítání Provoz TČ voda-voda Topíme tepelným čerpadlem 2 Trochu počítání ekonomika, ekologie

Provoz tepelného čerpadla voda-voda

První provozní zkušenosti

Tepelné čerpadlo jsem zprovoznil v únoru 2016 ihned po zatvrdnutí anhydritu v podlahách a dělal jsem s ním první natápění podlahy. Před spuštěním bylo v domě asi 5 stupňů. Skončil jsem 6. den na teplotě topné vody 45°C, teplota povrchu podlahy 40°C a teplota vzduchu 36°C. I ten šestý den byl vidět pokles výkonu potřebného pro udržení stálé teploty, takže stále ještě docházelo k prohřívání konstrukce domu.

První problémy nastaly po roce. Voda ve studni byla čím dál kalnější a v TČ se začal zanášet výměník. Předpokládal jsem, že se z vody usazuje rez a pokoušel jsem se výměník čistit kyselinou citrónovou. Také jsem výměník proplachoval bazénovým čerpadlem. Párkrát to pomohlo, ale voda ve studni byla neustále čím dál kalnější a časté čištění výměníku už bylo neúnosné.

Protože jsem neměl čas se s topením zabývat a neměl jsem čas ani starat se o kamna, pověsil jsem na stěnu elektrokotel a studnu jsem se rozhodl řešit až na jaře. Kotel jsem připojil tím nejjednodušším způsobem. Přestřihnul jsem trubku a elektrokotel je v sérii s výměníkem TČ, takže jsem nepotřeboval ani další oběhové čerpadlo. Nebyl to zrovna dobrý nápad, ale to jsem zjistil až mnohem později.

elektrokotel

Studnu jeem probíral s hydrogeologem a moc mě nepotěšil. Usazeniny nejsou jen rez, i když ten je tam taky. Se železem v zemi hospodaří půdní bakterie. Při průtoku okolo 1000 l/hod se mi z okolního písku vymývá jíl. Filtrovat to dost dobře nejde, zrníčka jílu mají průměr už od desetin mikronu. Kdybych použil dostatečně účinný filtr, velice rychle by se zanesl. Také mi řekl, že začnu mít problém s vydatností studny, protože jíl v okolí studny ucpává póry v písku. To jsem začal zjišťovat také. Když jsem teplotu v domě zvýšil o dva stupně a TČ běžeelo několik hodin souvisle, už voda přestávala stačit. Při tom po vypnutí TČ se hladina postupně vrátila na původní výšku 1,5 m. Jeho kamarád v Bohdanči, tedy také u Labe a na písku, prý nejen že měl problémy se studní, ale i se vsakováním. Póry v písku se zacpaly jílem. Začínal ve 2 metrech a nakonec mu vsakování přeteklo. Někdo má vodu čistou a topí s ní bez problémů a někdo má holt smůlu.

Studnař zjistil, že 40 cm pod dnem studny mám opuku. Nejprve další zkruží posazenou na opuku utěsnil, aby mi tam nešla voda z písku. Potom v opuce udělal prohlubeň, voda se do studny valila ze všech stran. Takže mám vodu sice železitou, ale už bez jílu.

studnap1.jpg
před prohloubením
studnap2.jpg
studnap3.jpg
voda z opuky
studnap4.jpg

Odhlučnění

Tepelné čerpadlo sice není hlučné, podle papírů má snad 35 dB. Jenže nemám stavebně oddělenou technickou místnost a TČ je v předsíni v prostoru pod schodama. Mám takový zvyk nechávat všude otevřené dveře a pak to slyším i v obyváku. Mě by to sice nevadilo, ale přítelkyně to vnímá jinak... Kdybych ty dveře do obyváku zavřel, bylo by samosřejmě po problému.

V různých místech jsem snímal vibrace a nakonec jsem zjistil, že kmitočet 50 Hz (a jeho násobky) se nejvíc dostává ven přes horní desku. Pomohlo do správného místa položit dostatečně těžké závaží a hluk se snížil možná o 10 dB. Dlouho jsem měl na TČ položený asi 10 kg vážící transformátor. Teď tam mám železnou desku podloženou tlumící akustickou pěnou a není to ono. Pěna je určená pro útlum zvuku šířícího se vzduchem, tady je příliš měkká a dovolí desce kmitat. Někdy budu třeba v pokusech pokračovat s jinými materiály.

Také jsem ten prostor procházel s mikrofonem a zjistil jsem, že největší hlasitost je asi 2 m od tepelného čerpadla. Tohle bude nejspíš největší problém, ten prostor pod schodama rezonuje. Rezonance pak usnadní přenos akustického výkonu z povrchu TČ do okolního prostoru.

Rezonance vzniká opakovanými odrazy zvukové vlny od protějších stěn, nebo koutů místnosti, kdy se v prostoru vybudí stojatá akustická vlna. Na utlumení je potřeba snížit odrazivost těch koutů. Používá se buď basová past, což je velký tlumící molitan nalepený do kouta (používají to nahrávací studia), nebo štěrbinový rezonátor. Zatím co basová past funguje na všech nízkých kmitočtech, štěrbinový rezonátor je potřeba naladit na těch 50 Hz. Ale podle všeho by měl být účinnější. Realizovat se dá z tenkých OSB desek, nebo ze sololitu. Informace se k tomu dají najít v různých bakalářkách a diplomkách. Stačí zadávat hesla jako helmholtzův rezonátor, štěrbinový rezonátor (tam to ale nachází i rezonátory pro elmg. vlny, podobnosti tady jsou), nebo tlumení poslechového prostoru. Pár diplomek jsem prošel a skončil jsem tím, že už bych teoreticky věděl, jak na to :-) a odložil jsem to až na někdy. Pro správné naladění rezonátoru je potřeba mikrofonem a nějakým připojeným měřidlem (používám osciloskop) měřit dosažený útlum.

Po 5 letech provozu

Dlouho jsem topil čistou vodou z opuky. Začátkem zimy 2021/2022 se mi objevil jiný problém. Čerpadlo primárního okruhu nemám ve studni, ale mám topenářskou oběhovku v domě. Čerpadlo mělo občas zvuk, jako by v něm běhaly bublinky. Protože čerpadlo není samonasávací, měl jsem do studně zavedenou trubku pro zavodnění potrubí. Když se mi v minulosti stalo, že v čerpadle byly bublinky, stačilo na pár vteřin pustit vodu a vyhnal jsem je. Teď se tam ihned objevily znova. Bylo mi to divné a pojal jsem podezření, to třeba nejsou bublinky. Že oběhovka má už toho čerpání vody s jílem dost a odešlo ložisko. Jenže čerpadlo jsem vyměnil a bylo to to samé. Voda z opuky má v sobě opravdu poděbradkové bublinky. Na chuti to sice není znát, ale trochu to je cítit. Při podtlaku, který nastane v sání čerpadla 2 metry nad hladinou studně, se bublinky z vody vylučují. Zajímavé je, že se tam objevily až časem.

Abych zamezil vzniku podtlaku a vylučování bublinek, dal jsem do studny ponorné čerpadlo. Původně jsem tam dal jezírkové čerpadlo Aqua Nova NM-10000 (63W, 10000 l/h a výtlak 5,2m), jenže čerpadlo mělo problémy a nechtělo se občas rozeběhnout. Reklamovat jsem ho nemohl, protože abych protáhnul šňůru trubkou od studny do domu, musel jsem mu ustřihnout zástrčku. Tak zbylo na pokusy :-)

Další čerpadlo jsem koupil ECO F-8000 (70W, 8000 l/h, 5,6m). Ač je čerpadlo v jiné krabici a vypadá že je i od jiného výrobce, vnitřek má stejný. V obou je synchronní motor poháněný frekvenčním měničem, nebo možná motor s elektronickou komutací, jako v počítačových větráčkách. Motor nepotřebuje síťovou frekvenci a dal by se napájet i přímo z FV panelu s dostatečným napětím. Rozebíhá se už při 100V a otáčky má částečně závislé na napětí.

U obou čerpadel má motorek velkou sílu, ale až když se začne hýbat. Dokud se vrtulka nehne, má sílu malou a u toho prvního čerpadla občas síla nepřekonala ani tření v ložiskách. Nejspíš se jen sešly tolerance, při případném nákupu doporučuji schovat účtenku.

Po namontování čerpadla do studny zjišťuji, že tlačná výška 5,6 m mi nestačí a vody tam teče málo. Vyčistil jsem všechny trubky a výměník TČ a trubky byly zanešené opravdu hodně. Zjistil jsem také horší věc, že se mi za tu dobu zaneslo vsakování, jak mi to kdysi předpověděl hydrogeolog. Nepomohlo ani proplachování tlakovou vodou z čerpadla ze studně. Nechal jsem tedy obě čerpadla, ve studni i v domě. Čerpadla dají dohromady tlak 1,4 baru při nulovém průtoku, při provozu tam je 0,8 baru a topí to.

Topný okruh

Jenže mám problémy nejen s primárním okruhem, ale i s topným. Může za to zcela nevhodná kombinace - trubky bez kyslíkové bariéry a elektrokotel s železnou nádobou zapojený tak, že přes něj 4 roky prochází veškerá topná voda. Když už jsem kotel tehdy nouzově a narychlo takhle připojil, měl jsem to řešit dávno a né se spokojit s tím, že to (nějak) funguje. Zatím co ze začátku jsem měl s oběhovkou Calpeda s výtlakem 6 m rozdíl mezi topnou vodou a zpátečkou 3 stupně, takže tam teklo asi 2200 l/hodinu, teď už to bylo 7°C. Tedy asi 950 l/h. Trochu se to zhoršilo hned po namontování elektrokotle, protože omezoval průtok vody. Ale né takhle, k tomu docházelo postupně.

Po rozebrání zjišťuji strašné věci. Tvrdé rezaté usazeniny v trubkách a dokonce jsem z trubek vytahal celé velké kusy rezu. V jiných místech, třeba i před elektrokotlem, převládají světlé vápenné usazeniny z vody. Spoustu kalu jsem vymyl z nádoby elektrokotle. Sice vím, že tady mám tvrdou vodu a rychlovarnou konvici čistím octem každou chvíli, ale že se minerály z vody budou usatovat už při teplotě 35°C, jsem nevěděl.Takže to nejspíš nebude jen tady, ale v celém topení.

usaz1.jpg
trubka za el.kotlem
usaz2.jpg
usaz3.jpg
usaz4.jpg
kusy rezu z trubky
usaz5.jpg
trubka před kotlem
usaz6.jpg
ustřižená trubka
usaz7.jpg
po vyfrézování
usaz8.jpg
nové napojení
usaz9.jpg

Železná nádoba elektrokotle mi nadělala nejvíc usazenin na výstupní trubce, kde nejspíš železo tvořilo galvanický článek s mozazným šroubením. Z trubky jsem vytahal až 10 cm dlouhé kusy rezu. Na vstupní trubce byly převážně světlejší vápenaté usazeniny, trochu obarvené železem. Na sítku před výměníkem TČ byly také nachytané usazeniny, sítko bylo propustné asi z poloviny.

Elektrokotle se nechci zbavovat, může sloužit jako ochrana proti zamrznutí v případě, že bych v zimě na 14 dní odjel a něco se stalo s TČ. Musel jsem ho přepojit tak, aby přes něj netekla voda. Bylo by pro mě obtížné dostat se k trubce zpátečky a navařit na ní odbočku, proto jsem to vyřešil zdánlivě nelogicky, ale opravdu to funguje. Na horní trubce byly fitinky navařené těsně na sebe a nezbyl jediný kousek trubky, na který bych se chytil. Navíc podobný problém jsem měl už při instalaci elektrokotle, tehdy jsem do vnitřku 40 mm trubky zavařené do téčka vevařil trubku 32 mm. Když tam není tlak, nejde o nic... a nastupuje lidová tvořivost. Takže jsem vnitřek téčka zase vyfrézoval.

Dal jsem dvě odbočky vedle sebe a mezi nima je připojený elektrokotel. Funguje to tak, že musí běžet oběhovka tepelného čerpadla a ta ohřátou vodu z elektrokotle žene dopředu. Na sací stranu elektrokotle se dostává jen zpětná voda, která prošla přes výměník TČ. Na okruhu TČ tedy nepotřebuju zpětnou klapku, která by zase jen omezovala průtok.

Zpětná klapka elektrokotle je také zdánlivě nelogicky zapojená. Voda tam nikdy nepůjde nazpátek. Funkce klapky je tady jiná. Vlivem síly pružiny otvírá až při tlačné výšce 0,4 m a tolik nikdy mezi dvěma odbočkami, umístěnými hned za sebou, nebude. Otevře jedině po zapnutí oběhovky v elektrokotli.

Topný okruh jsem napustil deionizovanou vodou, kterou si dělám do sudu akvaristickou soupravou pro reverzní osmózu a do topení jií plním malým 12V čerpadlem. Zatím tomu nechám čas na rozpuštění alespoň nějakých usazenin, potom okruh vypláchnu, napustím znova a přidám tam čistící chemii.

Opět zanášení primárního okruhu

Koncem zimy 2022 začínám mít zase problémy se zanášením výměníku TČ a trubek. Voda ve studni už není tak průzračná, jako byla po prohloubení. Nevím co to je, ale rezaté usazeniny vytvářejí asi centimetrové shluky a mezi nimi je voda čistá. Na magnet se nepřitáhnou ani větší cucky, které ve vodě volně plavou. Takže pokud tam je železo, tak úplně minimálně.

usazp1.jpg
vstup vody ze studně
usazp2.jpg
za čerpadlem
usazp3.jpg
trubka před TČ
usazp4.jpg
studna hladina
usazp5.jpg
usazeniny na trubkách
usazp6.jpg
kousky ve vodě
usazp7.jpg
voda v misce
usazp8.jpg
cucky z blízka
usazp9.jpg

Už jsem se to naučil čistit. Původně jsem výměník TČ proplachoval velkým bazénovým čerpadlem. Nevýhoda je, že je to uzavřený okruh, je potřeba ho naplnit vodou a po vyčištění je plný špinavé vody. Odpojit hadice a moc doma nenadělat, bylo téměř nemožné. Teď k čištění používám expanzku, kterou natlakuju z vodovodu a po dosažení nastaveného tlaku otevře elektromagnetický ventil. Původní idea byla, že prázdný výměník v TČ se ostříkne tlakovou vodou, takže alespoň počátek vlny dostane vyšší rychlost a výměník při tom není namáhaný velkým tlakem. Druhý konec, kam jde ta špína, je hadice vyvedená ven.

Jenže ďábel je v detailu... Hadice se nikdy pořádně nevyleje, tím se vlna vody zbrzdí a ten tlak způsobený setrvačností vody v hadici tam je. Proto nakonec volím jednodušší řešení. Velký kbelík od barvy a krátká hadice prostrčená dírou skrz víko, aby to to náhodou nevystříklo. Ta metrová hadice, která navíc v polovině zvětšuje průměr z 25 na 32, tomu tolik nevadí. Aby se hadice proudem vody nevysmekla, stačí jí chytit gumičkou. Zasekne se o hrany díry a nehne se. Na jeden cykl čištění je asi 15 litrů vody, to se do kýblu musí s dostatečnou rezervou vejít.

exp1.jpg
exp2.jpg
exp3.jpg
exp4.jpg
exp5.jpg

Pro toho, kdo by si chtěl čistící "udělátko" sestavit, jsem dal dohromady dokumentaci. Expanzka umístěná na ležato je původně stojatá, doplněná dřevěným rámem. Ležaté expanzky mají kovové packy a tohle mi přijde lepší - nepoškrábe to podlahu. Dřevěný rám má ze spoda nalepené filcy a expanzka je k němu přilepená mamutem. Je to sice taková "samo domo" konstrukce, ale úplně to stačí. Elektromagnetický ventil je na tom celém sice nejdražší položka, ale bez něj si to nedovedu představit. Primární výměník v TČ nesnese příliš velký tlak a hlídat, jak je expanzka natlakovaná a riskovat otevření ručního ventilu pozdě, by mohlo mít za následek třeba i roztržení výměníku. Ventil je přímo ovládaný a proto otevírá podstatně rychleji, než levnější nepřímo ovládané (např. pračkové) ventily. A hlavně jak expanzka, tak i ventil má 1" dimenzi, což je potřeba k dosažení potřebného průtoku.

Ostatní součásti, jako snímač tlaku, nebo digitální měřidlo, jsou v "čínské" kvalitě a za lidové ceny. Pro daný účel dokonale vyhoví. Řízení je vcelku jednoduché a hlavně bez procesoru, což by pro někoho mohl být problém. Je to sice celé v SMD, což stále ještě může být pro někoho strašák, ale máme už 21. století...

Primární okruh teď musím čistit častěji, jednou za 2-3 týdny, protože kvůli přicpanému vsakování tam mám malý průtok. Když už výměník považuju za zanešený, tedy TČ vypíná na "nebezpečí zamrznutí", natáhnu hadici na zahradu a nechám tam vodu volně vytékat, při průtoku 1500 l/hod to topí bez problémů. Beru to takhle jako dočasný (nouzový) stav, ale pokud by čištění mělo být častější, takové "malé čištění" by se dalo zautomatizovat. Nechat expanzku připojenou trvale na odbočku primárního okruhu a doplnit napouštěcí ventil na přívod vody a nějakou tu elektroniku. Tenhle ventil už může být malý a levný. Pokud TČ krátce po zapnutí vypne, spustit jeden proplachovací cykl a tlakovým rázem nečistoty uvolnit. Ty pak odtečou do vsakování. Interval "velkého čištění" kdy se proplachuje všechno zvlášť, by pak mohl být podstatně delší.

Zanesené vsakování

další čerpadlo Ve vsakování se usazeniny po celou dobu provozu hromadí. Aby se mi vsáklo alespoň 1000 l vody za hodinu, voda už má (leden 2022) tlak 0,8 baru a ze začátku tam tekla zcela volně. V březnu 2022 přidávám další čerpadlo, tentokrát už mezi TČ a vsakování. Takže tlak do vsakování zvyšuju asi na 1,2 baru. Do konce topné sezóny to musí vydržet a pak to budu řešit.

Se vsakováním jsem udělal zásadní chybu, když jsem konec trubky strčil do toho drenážního husího krku. Relativně malé množství jílu mohlo vytvořit uvnitř trubky špunt a tím i velký problém. Ale také je možné, že je usazeninama zanešená celá jáma. Dokud to nevykopu, nebudu vědět nic. Jenže v době, když jsem vsakování dělal, jsem neměl ani tušení, že se to může zanášet. Pokud těch usazenin nebude v jámě tolik a hlavně písek v okolí zůstane propustný, udělám to úplně jinak. Na dno jámy na vrstvu kačírku vyskládám v celé ploše betonové skořepinové tvárnice dnem nahoru a vodu do nich rozvedu. Tím získám při ploše 2x2 m a výšce tvárnic 20 cm 800 litrů prostoru pro případné usazeniny a pokud to teď vydrželo 5 let, mohlo by to být minimálně na 20 let.

Začínám závidět přítelkyni, která topí z vrtu, jak je ten systém s uzavřeným primárním okruhem bezúdržbový. Problém je, že v Hořátvi v ochranném pásmu poděbradky mi vrt nepovolí a jediná možnost by byla udělat zemní plošný kolektor. Takže přebagrovat zahradu, při tom se vyhnout stromům a trubkám, co už tam mám na zalívání. Na zahradě na to mám stále ještě místa dost, do 200 m výkopů by se mi vešlo 400 m trubek. Ale nechce se mi do toho, zatím se ještě nechci vzdát. V létě, až bude spodní voda níž, vsakování rozeberu a zjistím, jak to tam vypadá. A rozhudnu se, co dál.

Úvaha na konec

Jaký je rozdíl ve spotřebě energie systému voda-voda a zem-voda? A jaký vliv má na spotřebu energie stav, kdy je potřeba zvyšovat příkon čerpadel? Ze studně mi jde voda s teplotou 10°C a do vsakování se ze začátku vracela asi 5°C při příkonu čerpadla 80W. Topný okruh měl asi 33°C a zpátky se vracelo 30°C. Můžeme tedy počítat průměrnou teplotu primáru 7 stupňů a topný 32 stupňů. Podle tohoto výpočtu vychází COP samotného TČ 5,62 a pokud započítáme příkony čerpadel, COP vychází 5,05.

V současné době topím na trochu vyšší teplotu, protože v důsledku zanešeného topného okruhu mám rozdíl mezi topnou vodou a zpátečkou při stejném výkonu oběhovky 5 stupňů. Průměrnou teplotu počítejme 35°C. V primárním okruhu mám už tři čerpadla s výkony 70, 90 a 80W. Ze studně mi jde voda 10 stupňů, ale zpátky se v důsledku nižšího průtoku vrací 2-3 stupně. Průměrnou teplotu počítejme 5°C. COP samotného TČ v tomto případě vychází 5,05 a se započítáním příkonu čerpadel 4,15.

V případě dobře dimenzovaného zemního kolektoru s teplotou +2°C, z TČ se bude vracet -3 a průměrná teplota primáru bude -1 stupeň, při průměrné topné teplotě 32°C bude COP samotného TČ 5,01 a se započítáním výkonu čerpadel 60 a 80W vychází celkový COP 4,56.

Pro představu, jaký vliv má změna COP na výdaje za energii, mohu počítat, že při spotřebě 10 MWh tepelné energie (cca roční spotřeba mého domu) vychází spotřeba el. energie
při COP 5,05 1,98 MWh a při 5 Kč/KWh je to 9 900 Kč/rok
při COP 4,56 2,19 MW, to je 10 965 Kč/rok
a při COP 4,15 2,41 MWh, to je 12 048 Kč/rok

Je vidět, že rozdíl v nákladech na energii mezi TČ voda-voda a zem voda je u moderního nízkoenergetického domu zanedbatelný. Pokud se podaří a máme vodu, která nezanáší výměník, výhoda systému voda-voda je proti zemnímu kolektoru v menším rozsahu zemních prací a tedy je na pořízení levnější. U domů s vyšší spotřebou energie může nastat problém, že se zemní kolektor nemusí vejít na zahradu, případně nejde realizovat z jiného důvodu, jako to bylo u přítelkyně. Zahrada v kopci plná vzrostlých stromů, u cestiček opěrné zídky. Pak zbývá jediná možnost, vrt.