Tepelné čerpadlo na ohrev vody v bazéne

Ideálna teplota vody v záhradných bazénoch je 28 – 30 °C. Prívlastok záhradný naznačuje, že ani typické rozmery väčšieho bazénu 5 × 3 m neumožňujú zahriať sa dlhším kontinuálnym plávaním. Aj v letných horúčavách väčšinou v noci teplota vzduchu klesne, takže voda v bazéne sa ochladí. Aby ste dosiahli a udržali spomínanú teplotu, treba vodu ohrievať. Popri solárnom ohreve, ktorý funguje len počas slnečných dní, je veľmi efektívnym spôsobom ohrev pomocou tepelného čerpadla, ktoré odoberá teplo zo vzduchu a odovzdáva ho vode v bazéne.

Najskôr opíšeme princíp fungovania pracovného cyklu a zároveň aj základné časti tepelného čerpadla. Výparník odoberá teplo z prostredia, v tomto prípade zo vzduchu hnaného ventilátorom. Toto teplo vyparí chladivo čiže látku s nízkou teplotou varu. Kompresor nasáva pary z výparníka, stláča ich, pričom sa ohrejú, a vytláča ich do výmenníka, kde sa teplo odovzdá vode v bazéne. Pary pritom skondenzujú. Následne chladivo prechádza cez škrtiaci ventil, kde sa prudko ochladí a prúdi do výparníka, kde znovu odoberie teplo zo vzduchu. Energiu zvonku potrebujeme hlavne na pohon kompresora. Ventilátor podporujúci prúdenie vzduchu cez výparník má v porovnaní s kompresorom oveľa nižšiu spotrebu.

Na rozdiel od tepelných čerpadiel určených na vykurovanie v zime, ktoré odoberajú teplo vonkajšiemu vzduchu s teplotou blízkou 0 °C a odovzdávajú ho do miestnosti s teplotou okolo 20 °C, tieto tepelné čerpadlá odoberajú teplo zo vzduchu s teplotou typicky 25 – 30 °C a odovzdávajú ho vode s teplotou nad 20 °C. Teplo teda „prečerpávajú“ pri oveľa priaznivejšom rozdiele teplôt, takže môžu byť oveľa menšie.

Tepelné čerpadlá na ohrev vody v bazéne na každú spotrebovanú kilowatthodinu (kWh) elektriny pridajú z okolia teplo, na ktoré by sme inak spotrebovali ďalšie 4 – 7 kWh v závislosti od teploty. Účinnosť tepelného čerpadla udáva takzvaný vykurovací faktor. Ak čerpadlu dodáte 1 kW energie a voda bude ohrievaná energiou 5 kW, vtedy vykurovací faktor = 5. Tepelné čerpadlo dokáže pracovať už pri okolitej teplote 12 °C, takže môže vodu v bazéne ohrievať aj v noci. Samozrejme, čím je teplota okolitého vzduchu vyššia, s tým vyššou účinnosťou tepelné čerpadlo pracuje.

Na získanie predstavy o energii potrebnej na ohrev vody v bazéne s rozmermi 3 × 5 m a s hĺbkou vody 1 m, teda s objemom 15 m³, čo je 15 000 litrov, urobíme jednoduchý výpočet. Voda má merné teplo c = 4,18kJ/kg °C, pričom platí, že 1 J (joule) = 1 Ws (wattsekunda). Po prepočte na liter vody je to 4180 Ws, čo je 0,00114389 kWh a pre 15 000-litrový bazén to bude 17 kWh. Na ohriatie vody z 20 °C na 28 °C, čo je typická situácia po napustení bazénu z vodovodu, sa spotrebuje 17 × 8 = 136 kWh. Pri použití tepelného čerpadla to bude len pätina čiže 27 kWh. Ak máte tepelné čerpadlo schopné dodať celkový tepelný výkon 5 kW, vodu v bazéne ohreje za 136 / 5 = 27,2 hodín. V praxi to bude menej, pretože voda sa bude cez deň zohrievať aj okolitým teplom.

Po ohriatí vody na prevádzkovú teplotu, povedzme 28 °C, bude treba túto teplotu udržiavať, teda z fyzikálneho hľadiska pokrývať tepelné straty. Najviac tepla, až 90 %, sa odoberie odparovaním vody z hladiny bazénu. Závisí to od teploty okolia a vetra. Typicky je to pre odkrytý bazén 0,15 – 0,20 kW na m² vodnej hladiny. Pre bazén 3 × 5 m je to 2,25 – 3 kWh. Tieto straty sa účinne eliminujú zakrytím bazénu. Ďalšie straty vzniknú prestupom tepla zo stien bazénu do okolia. Na temperovanie čiže udržiavanie teploty vody v bazéne je potrebný podstatne nižší príkon ako na ohriatie vody po napustení. Ak počítame s tepelnou stratou 0,17 kW/m² čiže pre celý bazén 2,25 kWh, za 24 hodín treba dodať 54 kW tepelného výkonu. Pre tepelné čerpadlo s vykurovacím faktorom 5 to bude len pätina, teda 10,8 kWh.

Tepelné čerpadlo môžete k záhradnému bazénu nainštalovať aj dodatočne prostredníctvom takzvaného bypassu čiže sústavy hadíc alebo rúrok, cez ktoré prúdi voda z bazénu cez tepelné čerpadlo, kde sa ohrieva. Inštaláciu bypassu vykonáva bazénový technik a zapojenie tepelného čerpadla elektrikár.

Z princípu fungovania vyplýva aj umiestnenie tepelného čerpadla. Malo by mať okolo seba dosť priestoru, aby cezeň mohol prúdiť vzduch. Čerpadlo by malo byť v tieni, ale priestor pred ním by mal byť na priamom slnečnom svetle, aby vzduch nasávaný do čerpadla mal čo najvyššiu teplotu. Pri plánovaní umiestnenia tepelného čerpadla si treba uvedomiť, že kompresor a do určitej miery aj ventilátor sú takisto zdrojom hluku, typicky okolo 60 decibelov, čo je hluk porovnateľný s klimatizačnou jednotkou.

ZDROJ: spectrum.ieee.org.
Úvodné FOTO:  kjpargeter / Freepik.COM