+
Přidat firmu
Vyhledávání
Menu

Vzduchové tepelné čerpadlo Thermia Atec

18.09.2020 Autor: Ing. Jan Jokeš Firma: IVAR CS spol. s r.o.

Thermia Atec – flexibilita, trvanlivost a úspory hodné obdivu

Společnost Thermia vyrábí vzduchová i zemní tepelná čerpadla s hermeticky uzavřeným chladicím okruhem. Nové výrobky vyvíjí ve výzkumném a vývojovém centru přímo vedle výrobní haly ve švédské Arvice. Výrobní závod v  Arvice je dobře zavedený a výroba probíhá od sestavení a ručního sletování chladicího okruhu, přes jeho kontrolu elektronickými prostředky, vakuování, elektronicky monitorované plnění chladivem, až po konečné pečlivé testování samotného chladicího okruhu a také celého systému, celkové výkonnosti a funkce zařízení vůbec. Každé tepelné čerpadlo, které se dostane do distribuce, musí na 100 % splňovat všechny kvalitativní a funkční testy.

Vzduchová tepelná čerpadla se v našich zeměpisných šířkách těší vzrůstající oblibě nejen kvůli nízkým instalačním nákladům, ale také pro vysloveně vhodné klima střední Evropy. Nejsou zde velké teplotní propady, teplotní zimní extrémy trvají krátkou dobu a průměrné teploty venkovního vzduchu během topné sezóny jsou poměrně vysoké. Další plus hovořící pro použití vzduchového tepelného čerpadla je dosahovaný roční topný faktor. Topný faktor vzduchových tepelných čerpadel doznal značného vylepšení a jeho hodnoty se již blíží hodnotám ročního topného faktoru zemních tepelných čerpadel.

Vzduchová tepelná čerpadla obecně čelí vysokým nárokům na ně kladeným ohledně emitovaného hluku. Jsou situována ve venkovním prostředí mnohdy v blízkosti hranice sousedního chráněného prostoru, zejména v rezidentních oblastech.

Nyní přejděme konkrétně k popisu a vysvětlení detailů týkajících se Thermia Atec. Jedná se o venkovní monoblokové tepelné čerpadlo využívající technologii přímého odparu a bylo vyvinuto s cílem:

  • maximalizovat roční topný faktor,
  • minimalizovat emitovaný hluk při standardním provozním módu,
  • zjednodušit proces instalace,
  • vytvořit spolehlivé zařízení pracující po dlouhou dobu.

Základní technologie

Klíčové faktory ovlivňující výkonnost tepelného čerpadla jsou:

  • použití správného chladiva,
  • optimalizace a kvalita chladicího okruhu za účelem získání maxima tepla z venkovního vzduchu.

Jako nejvhodnější chladivo pro vzduchová tepelná čerpadla bylo zvoleno R407C pro jeho vhodné vlastnosti v oblasti teplot vypařování i kondenzace. Chladivo R407C při svém GWP=1774 a ODP=0 je ekologičtější než běžně používané chladivo R410A. Na začátku vývoje tepelného čerpadla Atec byly stanovené provozní teplotní limity –20 °C pro minimum teploty venkovního vzduchu a +60 °C pro maximální teplotu na přívodu do otopné soustavy. Srdce tepelného čerpadla je scroll kompresor vytvořený výrobcem přímo pro aplikace tepelných čerpadel. Jeho výhody jsou:

  • Relativně vysoký výkon při nízkých vypařovacích teplotách (ve srovnání s pístovým kompresorem), výsledkem je nižší spotřeba energie z pomocného ohřevu.
  • Spirály scrollu mají speciální tvar dosahující vysokých účinností v provozních podmínkách typických pro tepelná čerpadla. Obzvlášť při nízkých teplotách venkovního vzduchu. Scroll kompresor má specifickou vlastnost, jeho účinnost se mírně zvyšuje s dobou provozu.
  • Scroll kompresor je trvanlivý, spolehlivý a má méně pohyblivých částí. Mohutný pohon a nízké vibrace díky vyváženému kompresnímu ústrojí dělají ze scroll kompresoru nejvhodnější kompresor pro tyto aplikace.
  • Scroll kompresor má také větší pracovní obálku než např. scroll určený pro klimatizační zařízení. Je optimalizován pro pracovní podmínky odpovídající aplikacím pro tepelná čerpadla.

Elektronický expanzní ventil byl zvolen pro svou schopnost přizpůsobovat se flexibilně pracovním podmínkám. Zejména velice proměnlivým venkovním teplotám během zimních měsíců. Během zimy je totiž potřeba vytěžit z venkovního vzduchu maximum energie, a tak je Atec také konstruován. Má velice dobrou výkonnost i při těch nejhorších podmínkách (mrazivý vzduch venku a vysoká teplota na přívodu do otopné soustavy).

Image 1

Elektronický expanzní ventil dávkuje přesné množství chladiva do výparníku a optimalizuje výkonnost kompresoru. Změna teploty venkovního vzduchu procházejícího výparníkem je přímo spjatá s vypařovacím tlakem. Elektronický expanzní ventil zabezpečuje správné přehřátí par chladiva za výměníkem za každých okolností a zajišťuje maximální využití zdroje tepla a přesnější řízení TČ.

Atec je dostupný ve výkonech 6, 9, 11, 13, 16 a 18 kW, při instalaci master – slave je možno zvýšit výkon na 36 kW, například pro školy nebo hotely. Tepelné čerpadlo efektivně pracuje až do venkovní teploty –20 °C. Tím umožňuje zákazníkovi využívat výhod nízkonákladového vytápění během celé otopné sezóny. Příkladem je topný faktor u Atec 11 a Atec 16 pro A-20/W35 2,01 (EN14511). To znamená, že při teplotě venkovního vzduchu –20 °C Atec pro vytápění budovy používá více než polovinu z dodaného tepla z venkovního prostředí, které je zdarma.

Image 2

Komponenty vzduchového tepelného čerpadla Atec:
1) elektroinstalační skříň,
2) ventilátor,
3) tlakový převodník,
4) kompresor,
5) presostat vysoký tlak,
6) presostat pracovní tlak,
7) čtyřcestný ventil,
8) výparník,
9) elektronický expanzní ventil,
10) sběrač kapalného chladiva,
11) filtr dehydrátor,
12) kondenzátor,
13) přívod otopné soustavy,
14) zpátečka otopné soustavy.

Důležitým plusem pro zajištění vysokého topného faktoru chladicího okruhu je plnění a hermetické uzavření chladicího okruhu přímo ve výrobě. Každé tepelné čerpadlo podléhá výstupním testům a je označeno unikátním sériovým číslem. Technologie Optimum je inovace zvyšující účinnost chladicího okruhu. Nepřetržitou optimalizací pracovních podmínek chladicího okruhu bylo docíleno vynikajících reálných ročních topných faktorů (SPF). Díky tomu Atec reálně dosahuje úctyhodných úspor energie. Princip technologie OPTIMUM spočívá v udržování rozdílu teplot zdrojového média (vzduchu) a vody v otopné soustavě na konkrétních hodnotách ΔT. Například udržování ΔT otopné vody na hodnotě 8 K zajišťuje dokonalé podmínky pro kondenzaci. K výše popsanému slouží na straně otopné soustavy oběhové čerpadlo s proměnnými otáčkami.

Akustika

Hluk vzduchových tepelných čerpadel byl opakovaným problémem v mnoha evropských zemích, a jeho snížení byla také zásadní podmínkou vývoje Atecu. Atec je vyvinut pro minimalizaci:

  • Vibrací kompresoru a hluku z něj vycházejícího,
  • Hladiny hluku z ventilátoru s EC motorem s proměnnými otáčkami.

U tepelných čerpadel s nižším výkonem (Atec 6 – 13) je celková hladina hluku dána jak hlučností ventilátoru, tak kompresoru. U silnějších variant (Atec 16 – 18) je hladina hluku dána hlavně hlučností ventilátoru.

Hladina hluku byla optimalizována při všech provozních režimech u všech jednotek celé řady Atec. Ventilátor je poháněn elektronickým motorem s proměnnými otáčkami typu EC. Motor má reverzní elektromagnetický okruh s permanentními magnety na rotoru. To zajišťuje vyšší stabilitu motoru a nižší namáhání ložisek a jejich vyšší životnost. Toto řešení zajišťuje také vyšší otáčky motoru a při stejném výkonu má motor menší rozměry. EC motor negeneruje významné elektromagnetické pole a není to hlavní zdroj hluku způsobeného akustickými vibracemi. EC motor poskytuje plynulou změnu otáček, a díky své účinnosti nízkou spotřebu energie. Lopatky ventilátoru jsou vytvořeny z hybridního kompozitu, který snižuje vibrace a je možno jej dobře tvarovat. Byla uplatněna progresivní technologie – upravení aerodynamického tvaru lopatek do tvaru křídla s winglety. Použitá technologie HyBlade vycházející z leteckého průmyslu. Jsou sníženy turbulence a hluk, a tím zvýšena účinnost ventilátoru. A protože je rychlost otáčení ventilátoru neustále přizpůsobována proměňujícím se pracovním podmínkám, jsou podmínky pro vypařování chladiva ve výparníku perfektní při všech provozních režimech. To zvyšuje účinnost systému. Dále existuje možnost provozování Atecu v tichém módu při snížených otáčkách (například v noci). Tento tichý režim nesnižuje výrazně výkon tepelného čerpadla, ale snižuje jeho hlučnost.

Plug & Play instalace – sen každého instalatéra

Dalším cílem při vývoji tepelného čerpadla Atec byla jednoduchost instalace, a to jak v ohledu elektro připojení, tak i hydraulického připojení. Tepelné čerpadlo se skládá ze dvou jednotek. Jednotka tepelného čerpadla je situována venku a řídicí jednotka je situována uvnitř budovy. Venkovní jednotka Atec odebírá teplo venkovnímu vzduchu, který je ventilátorem tažen skrz výparník tepelného čerpadla. Proto je při výběru umístění třeba dbát na potřebu velkého volného prostoru okolo jednotky. Pokud je jednotka umístěna chybně, může to způsobit snížení průtoku přes výparník nebo recirkulaci vzduchu jednotkou, což oboje má nežádoucí vliv na topný faktor. Venkovní jednotku je nutno řádně ukotvit na betonový základ. Připojení otopné soustavy je provedeno měděnými hrdly o průměru 28 mm. Pro připojení venkovní jednotky k potrubí otopné soustavy je silně doporučeno použít pružné hadice, které zamezí šíření vibrací dále do budovy. Elektrické napájení je připojeno zvlášť do venkovní jednotky tepelného čerpadla a zvlášť do vnitřní jednotky uvnitř budovy.

Na výparníku venkovní jednotky se tvoří kondenzát, který při mínusových teplotách na povrchu výparníku namrzá. Pod výparníkem ve venkovní jednotce je sběrač kondenzátu dodávaný spolu s tepelným čerpadlem. Odvod zkondenzované vody od venkovní jednotky je nutno zabezpečit buď dobře provedeným vsakováním, nebo připojením do svodu dešťové vody. Je nutno brát ohled na to, že při odtávání odtéká z venkovní jednotky velké množství vody. Ochrana proti zamrznutí je zajištěna topnou fólií připevněnou na dno sběrače kondenzátu a je možno připojit i topný kabel, který chrání potrubí odvodu kondenzátu před zamrznutím. Odtávání je řízeno inteligentní regulací vyhodnocující skutečný stav tepelného čerpadla a skutečnou potřebu odtátí.

Připravené sestavy vnitřních jednotek a dalšího příslušenství usnadňují instalaci v porovnání s komplikovanými instalacemi skládanými z jednotlivých komponent.

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

Dostupné možnosti

Tepelné čerpadlo Atec může vytápět, připravovat teplou vodu a může také chladit. Tím se ze zařízení stává kompletní all-in-one aplikace udržující v obydlí příjemnou teplotu po celý rok. Atec je dodáván ve třech úrovních vybavenosti: Standard, Plus a Total. Verze Standard obsahuje ve vnitřní jednotce pouze elektronický řídicí systém. Samozřejmě umožňuje plnou funkcionalitu systému tepelného čerpadla. Externí komponenty musí být v tomto případě připojeny zvlášť. Verze Plus obsahuje řídicí systém umístěný v hydromodulu, který obsahuje oběhové čerpadlo s funkcí Optimum, přepínací ventil vytápění/ teplá voda a pomocný ohřev 15 kW. Varianty Total, Total Compact a Total +60 zahrnují navíc ještě zásobníkový ohřívač teplé vody.

Image 3

Thermia Atec v neposlední řadě disponuje skandinávským designem. Výsledkem je elegantní, hladký a moderní vzhled, který se hodí k dnešním rodinným domům.

Vnitřní jedn.

Komponenty

Použití

Standard

Řídicí systém

Rekonstrukce

Plus

Řídicí systém, oběhové čerpadlo (tř. A), pomocný ohřev 400 V,
3-15 kW, třícestný přepínací ventil

Rekonstrukce

Total

Řídicí systém, oběhové čerpadlo (tř. A), pomocný ohřev 400 V,
3-15 kW, třícestný přepínací ventil, 180l zásobníkový ohřívač teplé vody s technologií TWS

Rekonstrukce / novostavba

Total +60

Řídicí systém, oběhové čerpadlo (tř. A), pomocný ohřev 400 V,
3-15 kW, třícestný přepínací ventil, 180l zásobníkový ohřívač teplé vody s technologií TWS, 60l sériová vyrovnávací nádoba

Rekonstrukce / novostavba

Image 4

Komponenty vnitřních jednotek Atec:
1) modul řídicí jednotky,
2) pomocný ohřev,
3) přepínací ventil,
4) oběhové čerpadlo,
5) zásobníkový ohřívač teplé vody s technologií TWS

Excelentní příprava teplé vody

Image 5

Zásobníkový ohřívač verze Total nabízí příležitost využít jeden z patentů firmy Thermia. Tím je technologie TWS (Tap Water Stratificator). Princip je založen na zvýšené schopnosti spirálového výměníku tepla předávat teplo z otopné vody do teplé vody. Vývoj technologie TWS spočíval v nalezení nejvhodnějšího uspořádání zásobníkového ohřívače teplé vody a výsledkem je nekompromisní efektivita přípravy teplé vody. Po zahájení ohřevu teplé vody dochází díky zvýšení součinitele přestupu tepla na povrchu spirálového výměníku tepla k intenzivnímu předávání tepla do objemu teplé vody. To má za následek snížení doby ohřevu. Po ukončení ohřevu je ohřátý celý objem zásobníkového ohřívače teplé vody, a navíc ještě v závěru procesu dojde k teplotnímu rozvrstvení teplé vody v zásobníku. Tím je uživateli k dispozici velký objem teplé vody za krátký čas přípravy. Tento patent umožňuje společnosti Thermia dlouhodobě dosahovat špičkových výsledků v nezávislých testech efektivity přípravy teplé vody. Verze Total +60 taktéž zahrnuje 60l sériovou nádobu zvětšující objem vody otopné soustavy.

Image 6

Atec Total +60 („rentgenový“ snímek):
1) sériová nádoba 60 l,
2) expanzní nádoba 12 l,
3) potrubní sestava,
4) přímá spojka,
5) T spojka,
6) Cu trubka,
7) přepínací ventil,
8) přímá spojka,
9) pružná hadice,
10) kolenová spojka,
11) vypouštěcí ventil,
12) Cu trubka,
13) páska,
14) kolenová spojka,
15) kabel přepínacího ventilu

Výše zmíněné sety tepelného čerpadla Atec nabízí více než 50 různých aplikací. Například při rekonstrukci domu může tepelné čerpadlo spolupracovat se stávajícím plynovým kotlem nebo solárním systémem. Předpřipravené instalační sety snižují náročnost instalace.

Automatický řídicí systém

Vypočítává požadavek tepla pro obydlí. Vnitřní teplota je dnem i nocí udržována na požadované hodnotě (např. 22 °C). V základním vybavení je regulace bez zpětné vazby a s prostorovým termostatem (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 chápaný jako veličina vstupující do řídicího procesu je opět závislý na venkovní teplotě a 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 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. Základ úspěchu je správně 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.

Image 7

Dálkové ovládání a monitorování

Image 8

V neposlední řadě je na místě zmínit volitelnou možnost dálkového ovládání a monitorování tepelného čerpadla včetně kontroly 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 již 40 let. Díky nashromážděným zkušenostem poskytujeme až 50 druhů systémových řešení, která mohou být přizpůsobena Vaší nemovitosti.

Jako bonus jsme pro vás připravili prodlouženou záruku na tato tepelná čerpadla, a to po dobu 5 let. Pro více informací prosím kontaktujte společnost IVAR CS.

Historie firmy, zkušenost a tradice

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 Per stal učněm kovářského řemesla. Později odstartoval svou vlastní produkci kamen určených k efektivnímu vaření a 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 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 na trh, 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.

Image 9

Firemní článek