Autor: technické oddělení Mycond.
Kondenzační odvlhčovače během provozu uvolňují značné množství tepla, které se často jen vypouští do prostoru nebo do atmosféry. Efektivní integrace odvlhčovačů s topnými systémy nebo tepelnými čerpadly umožňuje nejen udržet optimální vlhkost, ale také výrazně zvýšit energetickou účinnost celého systému. V tomto článku se podíváme na teoretické základy, praktická schémata a reálné příklady využití odpadního tepla z odvlhčovačů.
Tepelná bilance kondenzačního odvlhčovače jako zdroj odpadního tepla
Termodynamický cyklus kondenzačního odvlhčovače je založen na principu ochlazení vzduchu pod rosný bod. Vlhký vzduch prochází přes výparník odvlhčovače, kde se ochladí pod rosný bod a dochází ke kondenzaci vlhkosti. Dále suchý, chladný vzduch prochází přes kondenzátor, kde se ohřívá a vrací se do prostoru s nižším obsahem vlhkosti a vyšší teplotou.
Energickou bilanci odvlhčovače lze jasně vyjádřit teplem uvolněným na kondenzátoru. To se skládá ze tří složek:
1. Latentní teplo kondenzace vlhkosti – energie uvolněná při fázovém přechodu vodní páry na kapalinu na výparníku. Počítá se jako součin výkonu odvlhčení (v kg/h) a měrného skupenského tepla r (v kJ/kg), které závisí na teplotě kondenzace a obvykle je 2300–2500 kJ/kg. Je důležité chápat, že r není konstanta a bere se z tabulek vlastností vodní páry pro konkrétní teplotu kondenzace.
2. Práce kompresoru – elektrický příkon, který spotřebovává kompresor odvlhčovače. Tato hodnota je uvedena v technických údajích odvlhčovače nebo se vypočítá na základě parametrů chladicího cyklu.
3. Zjevné teplo vzduchu – dodatečné teplo, které vzduch získá při průchodu odvlhčovačem. Závisí na konstrukci a režimu provozu systému.
Na h-d diagramu lze psychrometrický proces v odvlhčovači znázornit jako posloupnost: ochlazení vzduchu na teplotu pod rosným bodem (pokles entalpie a absolutní vlhkosti) → kondenzace vlhkosti na výparníku (pokles absolutní vlhkosti při konstantní teplotě) → ohřev odvlhčeného vzduchu na kondenzátoru (zvýšení entalpie při konstantní absolutní vlhkosti).
Například pokud odvlhčovač odstraňuje 10 kg/h vlhkosti při teplotě kondenzace 28°C, latentní teplo kondenzace bude: 10 kg/h × 2435 kJ/kg = 24350 kJ/h = 6,8 kW. Pokud je elektrický příkon kompresoru 3 kW, bude celkové teplo na kondenzátoru: 6,8 kW + 3 kW = 9,8 kW. Toto teplo lze úspěšně využít.
Teoretické základy využití tepla: potenciál kondenzátoru a teplotní úrovně
Pro efektivní využití tepla je důležité rozumět rozdílu mezi teplotou kondenzace chladiva a teplotou teplonosného média. Teplota kondenzace chladiva závisí na teplotě chladicího média (vzduchu nebo vody na kondenzátoru) plus teplotním spádu výměníku tepla. Například u vzduchového kondenzátoru v místnosti s teplotou 25°C může být teplota kondenzace 35–45°C. U vodního kondenzátoru při teplotě vody 30°C může být teplota kondenzace 40–50°C. Tyto hodnoty nejsou univerzální konstanty, ale výsledkem výpočtu pro konkrétní podmínky.
Koeficient přeměny energie (COP) pro odvlhčovač lze určit dvěma způsoby:
1. COP tepelný – poměr tepla uvolněného na kondenzátoru k práci kompresoru. Je to ukazatel účinnosti odvlhčovače jako zdroje tepla.
2. COP chladicí – poměr tepla pohlceného na výparníku k práci kompresoru. Je to ukazatel účinnosti odvlhčovače jako chladicího stroje.
Stojí za zmínku, že u odvlhčovačů se v katalozích často uvádí ukazatel SMER (Specific Moisture Extraction Rate) v l/kWh nebo kg/kWh, což je jiný parametr než COP.
Při srovnání odvlhčovače s tepelným čerpadlem vzduch–voda lze poznamenat, že tepelné čerpadlo získává teplo z venkovního vzduchu, jehož teplota může v zimě být od -10°C do +10°C, zatímco odvlhčovač odebírá teplo z vnitřního vzduchu o teplotě 20–25°C, což zajišťuje stabilnější podmínky pro provoz výparníku.
Potenciál využití tepla z kondenzátoru odvlhčovače závisí na rozdílu teplot, typu výměníku tepla a provozním režimu. Při správném výběru výměníku tepla a sladění teplotních úrovní je možné odvést většinu tepla kondenzátoru do užitečné zátěže, ačkoliv konkrétní velikost závisí na parametrech systému.
Je důležité zohlednit, že zvýšení teploty kondenzace při zvýšení teploty chladicí vody vede ke snížení účinnosti chladicího cyklu.
Schémata integrace: tři základní přístupy
Existují tři základní schémata integrace odvlhčovačů s topnými systémy:
1. Samostatný vodní výměník tepla. V tomto schématu se instaluje deskový nebo trubkový výměník tepla na straně kondenzátoru. Horká strana – chladivo nebo vzduch za kondenzátorem (v závislosti na konstrukci odvlhčovače), studená – voda topného systému nebo TUV. Hydraulické připojení se provádí na vratnou větev topení nebo okruh TUV s použitím oběhového čerpadla, expanzní nádoby a vyvažovacích ventilů. Výhodami jsou jednoduchost a možnost dodatečného vybavení stávajících systémů. Nevýhodami jsou dodatečný hydraulický odpor a nutnost instalace samostatného oběhového čerpadla.
2. Kaskádní zapojení s tepelným čerpadlem. V tomto schématu odvlhčovač ohřívá vodu z teploty T1 na T2 (např. z 20°C na 40°C) a tepelné čerpadlo ji dohřívá z T2 na T3 (např. z 40°C na 60°C) pro TUV. Mezi nimi je instalována akumulační nádrž pro vyhlazení provozních režimů. Výhodami jsou snížení zátěže na tepelné čerpadlo a zvýšení celkového COP systému, protože tepelné čerpadlo pracuje s již předehřátým zdrojem. Nevýhodami jsou složitost automatizace a nutnost sladění provozních režimů dvou zařízení.
3. Přímí nízkoteplotní spotřebitelé. V tomto schématu se teplo kondenzátoru přímo využívá pro systém podlahového vytápění (teplota přívodu 30–40°C), předehřev přívodního vzduchu větrání (20–30°C) nebo ohřev bazénu (26–30°C). Výhodami je dobré sladění teplotních úrovní a maximální využití bez dalšího zařízení. Nevýhodou je nutnost mít na objektu takové nízkoteplotní spotřebitele.
Volba schématu závisí na dostupnosti spotřebitelů, jejich teplotní úrovni a provozním režimu v průběhu roku.
Kompatibilitu různých spotřebitelů tepla s odvlhčovačem lze představit následovně:
- Podlahové vytápění: 30–40°C, dobrá kompatibilita, možné přímé připojení
- TUV: 55–60°C, omezená kompatibilita, nutná kaskáda nebo dohřev
- Radiátory: 50–70°C, omezená kompatibilita, pouze v kaskádě s tepelným čerpadlem
- Bazén: 26–30°C, vynikající kompatibilita, ideální spotřebitel po celý rok
Výpočet využitého tepla: jeden podrobný příklad
Uvažujme konkrétní příklad výpočtu využitého tepla pro bazén.
Vstupní údaje:
- Výkon odvlhčení (G): 20 kg/h (z výpočtu uvolňování vlhkosti bazénu)
- Teplota vzduchu v místnosti: 28°C
- Relativní vlhkost v místnosti: 60%
- Elektrický příkon odvlhčovače (N): 6 kW (z technických údajů)
Krok 1. Výpočet latentního tepla kondenzace vlhkosti.
Měrné skupenské teplo při 28°C (r): přibližně 2435 kJ/kg (z tabulek vlastností vodní páry)
Latentní teplo (Q(latentní)) = G × r = 20 kg/h × 2435 kJ/kg = 48700 kJ/h = 13,5 kW
Krok 2. Tepelná bilance kondenzátoru.
Teplo na kondenzátoru (Q(kondenzátor)) = Q(latentní) + N(kompresor) = 13,5 kW + 6 kW = 19,5 kW
To je celkový tepelný výkon uvolněný na kondenzátoru.
Krok 3. Využitý výkon přes vodní výměník tepla.
Přijmeme účinnost výměníku 80% (reálná hodnota pro deskový výměník při správném návrhu)
Využité teplo (Q(využité)) = Q(kondenzátor) × 0,80 = 19,5 kW × 0,80 = 15,6 kW
Krok 4. Ohřev vody pro bazén.
Průtok vody výměníkem (m): 0,5 kg/s (volí se podle teplotního spádu a hydrauliky okruhu)
Měrná tepelná kapacita vody (c): 4,19 kJ/(kg·K)
Nárůst teploty (ΔT) = Q(využité) / (c × m) = 15,6 kW / (4,19 kJ/(kg·K) × 0,5 kg/s) = 7,4 K
Pokud má voda na vstupu teplotu 26°C, na výstupu bude 33,4°C, což plně vyhovuje pro ohřev bazénu.
Krok 5. Efekt pro topný systém bazénu.
Bez využití by celý ohřev bazénu zajišťoval plynový kotel nebo elektrický ohřívač.
S využitím 15,6 kW „bezplatného“ tepla se snižuje zátěž hlavního ohřívače.
Roční úspora závisí na počtu hodin provozu odvlhčovače během roku, tarifech na plyn nebo elektřinu a dostupnosti alternativních zdrojů tepla. Konkrétní výpočet vyžaduje detailní vstupní data objektu.
Sezónní využití: zima, přechodné období, léto
Účinnost využití tepla z odvlhčovače závisí na ročním období. Uvažujme tři režimy během roku:
Zimní režim. Teplo z kondenzátoru je směrováno na vytápění nebo ohřev bazénu. Odvlhčovač pracuje podle vlhkosti a teplo se plně využívá bez vypouštění do místnosti. Pokud je spotřebitelem nízkoteplotní vytápění (podlahové), může systém pracovat autonomně bez dalšího zdroje. Pokud je potřeba vyšší teplota (například pro TUV 60°C), odvlhčovač zajišťuje základní ohřev na 45–50°C a dodatečný dohřev provádí kotel nebo tepelné čerpadlo.
Přechodné období (jaro–podzim). V tomto období se část tepla využívá, když je ještě potřeba topit, a část může být přebytečná, když už je topení vypnuto, ale odvlhčování stále pracuje. Je nutný systém přepínání: automatický třícestný ventil, který směruje teplo buď do topení, nebo na odvod (pokud topení již není potřeba a odvlhčovač pracuje), nebo do akumulační nádrže.
Letní režim. Pokud je celoroční spotřebitel (bazén, technologický ohřev), teplo se směruje tam. Pokud takový spotřebitel není, je potřeba systém odvádění tepla: dry cooler (suchý chladič), chladicí věž nebo prosté vypnutí vodního okruhu. V posledním případě odvlhčovač vypouští teplo do místnosti, což zvyšuje zátěž klimatizace.
Konkrétní schéma řízení lze realizovat pomocí třícestného ventilu a dry cooleru s následující logikou: POKUD je teplota venkovního vzduchu vyšší než 20°C NEBO teplota v místnosti vyšší než 26°C NEBO není požadavek na vytápění od termostatu, PAK se teplo směruje do dry cooleru nebo do místnosti, JINAK teplo jde do topného okruhu.
Pro efektivní provoz takového systému je potřeba odpovídající automatizace: teplotní čidla na přívodu a zpátečce každého okruhu, řízení ventilů podle algoritmu přes programovatelný regulátor nebo DDC systém.
Vliv integrace na účinnost odvlhčování: teplota a výkon
Integrace odvlhčovače s topným systémem ovlivňuje jeho hlavní funkci – odvlhčování vzduchu. Podívejme se na fyziku procesu:
1. Zvýšení teploty chladicí vody na kondenzátoru vede ke zvýšení teploty kondenzace chladiva
2. To vede k nárůstu tlaku kondenzace
3. Což vede ke snížení hmotnostního průtoku chladiva kompresorem
4. To vede ke snížení chladicího výkonu výparníku
5. Výsledkem je snížení výkonu odvlhčování
Kvantitativní posouzení tohoto vlivu závisí na typu kompresoru, chladivu a výchozích podmínkách. Pro typické scroll kompresory na R410A může zvýšení teploty kondenzace o 10 K vést ke snížení hmotnostního výkonu kompresoru o hodnotu závislou na konstrukci konkrétního modelu. Přesné hodnoty lze získat z výkonových diagramů poskytovaných výrobcem kompresoru.
Kompromisním řešením je omezení maximální teploty teplonosného média na výstupu. Například pokud je pro TUV potřeba voda 55°C a odvlhčovač může efektivně pracovat pouze při ohřevu do 45°C bez kritického poklesu výkonu, je vhodné použít kaskádní schéma: odvlhčovač ohřívá vodu z 20°C na 45°C a tepelné čerpadlo dohřívá z 45°C na 60°C.
Systémy s invertorovým řízením kompresoru mohou částečně kompenzovat pokles výkonu zvýšením otáček, ale to zvyšuje spotřebu elektrické energie. Vždy existuje rovnováha mezi výkonem odvlhčování a spotřebou energie, kterou je třeba při návrhu zohlednit.
Kdy má integrace technický smysl: kritéria použití
Integrace odvlhčovače s topným systémem je vhodná, pokud jsou současně splněny VŠECHNY následující podmínky:
1. Existují stabilní zdroje vlhkosti – odvlhčovač nepracuje nárazově, ale alespoň 10–15 hodin denně po dobu 6 a více měsíců v roce. Typické objekty: bazény, prádelny, sušicí zóny, sklady zeleniny, farmaceutická výroba.
2. Existuje stálý nízkoteplotní spotřebitel tepla (do 50°C) – podlahové vytápění, ohřev bazénu, přívodní vzduch, nízkoteplotní radiátory, technologický ohřev.
3. Existuje řešení pro letní období – celoroční spotřebitel (bazén) nebo systém odvádění tepla (dry cooler, chladicí věž), případně sladěný provozní režim (odvlhčovač pracuje v noci, kdy teplo nevadí denní klimatizaci).
4. Poměr výkonů – tepelný výkon odvlhčovače činí alespoň 20–30 % základního tepelného zatížení objektu, jinak se složitost integrace nevrátí v kapitálových nákladech.
Integrace NEMÁ technický smysl, pokud:
- Odvlhčovač pracuje nárazově (1–2 hodiny denně, pouze v létě)
- Nejsou k dispozici nízkoteplotní spotřebitelé (pouze vysokoteplotní vytápění >70°C nebo TUV bez možnosti kaskády)
- Ekonomika projektu je nevýhodná (náklady na integraci převyšují 8–10letou úsporu na energiích při aktuálních tarifech)
Existují také mezní režimy, ve kterých uvedené přístupy nefungují nebo vyžadují korekci:
- Teplota v místnosti 15°C (účinnost odvlhčování prudce klesá, kondenzace na výparníku je obtížná kvůli nízké teplotě vypařování)
- Teplota kondenzace >60°C (většina domácích a komerčních kompresorů není konstruována na tak vysoký tlak)
- Regiony s velmi krátkou topnou sezónou (3 měsíců, návratnost integrace klesá kvůli malému počtu hodin využití tepla)
Typické projektové chyby v integraci odvlhčovačů
Při navrhování systémů s integrací odvlhčovačů se často vyskytují následující chyby:
1. Ignorování tepelného výdeje odvlhčovače při výpočtu zatížení chlazení. Důsledek: v létě si klimatizace neporadí, teplota v místnosti překračuje normu, vzniká diskomfort. Příklad: v bazénu odvlhčovač s tepelným výkonem 25 kW, ale v projektu chlazení byla zohledněna pouze vlhkost od lidí a sluneční záření, nikoli tepelný výdej odvlhčovače. Výsledek: deficit chladicího výkonu 3–5 kW, přehřívání místnosti.
2. Chybějící možnost odvádění tepla v létě. Důsledek: v létě odvlhčovač buď nemůže pracovat (havárie na vysoký tlak kondenzace), nebo přehřívá místnost a vytváří dodatečnou zátěž na klimatizaci. Řešení: předvídat dry cooler nebo letního spotřebitele (bazén, technologický ohřev) již ve fázi projektu, vyčlenit místo, potrubí, napájení.
3. Nesprávná volba teploty teplonosného média bez analýzy vlivu na odvlhčení. Chyba: zákazník chce 60°C pro TUV, projektant připojí odvlhčovač přímo, bez kaskády. Výsledek: teplota kondenzace stoupá na kritickou (55–60°C), výkon odvlhčování klesá, vlhkost v místnosti není udržována na projektované úrovni. Řešení: kaskádní schéma nebo omezení maximální teploty teplonosného média.
4. Chybějící akumulační nádrž v systému s proměnlivou spotřebou tepla. Důsledek: odvlhčovač je řízen vlhkostí (zapíná a vypíná se podle hygrostatu), spotřebitel vytápění je řízen teplotou (termostat), dochází k nesouladu provozních režimů. Řešení: akumulační nádrž 300–500 litrů pro komerční systémy pro vyhlazení krátkodobých nesouladů režimů.
5. Velké vzdálenosti mezi odvlhčovačem a spotřebitelem bez výpočtu tepelných ztrát. Příklad: odvlhčovač ve sklepě, spotřebitel na střeše, vzdálenost 50 metrů, potrubí bez izolace nebo s tenkou izolací. Výsledek: tepelné ztráty v potrubích mohou tvořit významnou část užitečného výkonu. Řešení: umístění odvlhčovače blíže ke spotřebiteli nebo kvalitní izolace potrubí tloušťky 50–100 mm.
6. Přehnaná očekávání: odvlhčovač jako plnohodnotná náhrada tepelného čerpadla nebo kotle. Chyba: zákazník očekává plné pokrytí vytápění od odvlhčovače bez výpočtu tepelné bilance. Realita: odvlhčovač poskytuje tolik tepla, kolik vlhkosti odstraní. Pokud je uvolňování vlhkosti malé nebo sezónní, tepla je nedostatek. Řešení: realistický výpočet tepelného potenciálu s ohledem na roční profil tvorby vlhkosti a tepelné ztráty budovy.
7. Ignorování potřeby údržby vodního okruhu. Pokud je voda tvrdá, bez úpravy vody se na povrchu výměníku tvoří vodní kámen. Po 1–2 letech provozu klesá účinnost přenosu tepla. Řešení: úprava vody (změkčení nebo demineralizace) nebo periodické chemické čištění výměníku tepla.
Často kladené otázky (FAQ)
Jaké jsou teplotní meze pro teplonosné médium při využití tepla z kondenzátoru odvlhčovače?
Minimální teplota je omezena nutností dostatečného teplotního rozdílu pro přestup tepla (obvykle 5–7 K), tj. ne nižší než 15–20°C, což v praxi není omezením pro topné systémy. Maximální teplota závisí na přípustném tlaku kondenzace kompresoru. Pro většinu odvlhčovačů na R410A by teplota teplonosného média na výstupu neměla přesáhnout 50–55°C. Průmyslové modely s vysokotlakými kompresory mohou zajistit až 60–65°C. Překročení těchto hodnot vede k havarijnímu vypnutí na vysoký tlak nebo k poškození kompresoru.
Může odvlhčovač plně nahradit topný systém?
Pro objekty se stabilním uvolňováním vlhkosti (bazény, prádelny, sušicí zóny, sklady zeleniny) a nízkoteplotními spotřebiteli tepla (podlahové vytápění 30–40°C, ohřev bazénu 28°C) je možné využít odvlhčovač jako hlavní zdroj tepla v přechodném období (jaro–podzim) a částečně v zimě, za předpokladu existence záložního zdroje pro špičkové mrazy. Pro běžné obytné, kancelářské nebo obchodní prostory bez významných trvalých zdrojů vlhkosti to možné není, protože množství dostupného tepla je omezeno výkonem odvlhčení. Pokud je uvolňování vlhkosti malé, v zimě je vnitřní vzduch suchý a odvlhčovač téměř nepracuje, tedy teplo není k dispozici zrovna tehdy, kdy je nejvíce potřeba.
Co dělat s teplem v létě, pokud není potřeba vytápění?
Existují tři možnosti:
1. Celoroční spotřebitel tepla (bazén vyžaduje ohřev i v létě, technologický ohřev).
2. Dry cooler (suchý chladič) nebo chladicí věž pro odvod tepla do atmosféry.
3. Vypnutí vodního okruhu v létě, teplo jde do místnosti jako ve standardním režimu provozu odvlhčovače (je potřeba vyšší výkon klimatizace).
Volba varianty závisí na délce letního období, možnosti využití tepla pro jiné spotřebitele a poměru ceny dry cooleru k roční úspoře energie.
Jak vyhodnotit ekonomický přínos integrace?
Výpočet se skládá z několika kroků:
1. Určit využité teplo za topnou sezónu: průměrný výkon odvlhčení × počet hodin provozu za sezónu × měrné skupenské teplo kondenzace × koeficient využití.
2. Určit nahrazenou energii: kolik energie z hlavního zdroje je nahrazeno teplem z odvlhčovače.
3. Spočítat roční úsporu: nahrazená energie × rozdíl v měrné ceně energie mezi hlavním zdrojem a dodatečnou spotřebou odvlhčovače.
4. Určit dobu návratnosti: kapitálové náklady na integrační systém ÷ roční úspora.
Konkrétní čísla závisí na mnoha faktorech: hodinách provozu odvlhčovače, místních tarifech energií, ceně zařízení a montáže, dostupnosti celoročních spotřebitelů tepla.
Závěry
Integrace odvlhčovače s topným systémem nebo tepelným čerpadlem prostřednictvím využití tepla z kondenzátoru je efektivním technickým řešením pro objekty se stabilním uvolňováním vlhkosti a nízkoteplotními spotřebiteli tepla. Nejde o univerzální řešení, ale o nástroj pro konkrétní podmínky.
Klíčové podmínky úspěchu:
- Správná tepelná bilance a jasná energetická bilance kondenzátoru
- Sladění teplotních úrovní (maximální teplota teplonosného média sladěná s možnostmi kompresoru)
- Řešení pro letní období (dry cooler, celoroční spotřebitel nebo sladěný režim provozu)
- Realistická očekávání (pochopení, že množství tepla je omezeno uvolňováním vlhkosti, nikoli tepelnými ztrátami)
Doporučení pro projektanty-inženýry:
- Vždy analyzovat možnost využití tepla ve fázi návrhu, i když se realizace odkládá do budoucna
- Předvídat zabudované prvky, prostorové rezervy pro zařízení
- Provádět podrobný výpočet s konkrétními vstupními daty
- Předvídat možnost budoucí modernizace (zabudované prvky pro potrubí, místo pro výměník tepla, napájení pro čerpadla)
Kritéria vhodnosti integrace: stabilní uvolňování vlhkosti po dobu 6 a více měsíců + nízkoteplotní spotřebitel do 50°C + řešení pro léto. Pokud není splněna alespoň jedna podmínka, integrace vyžaduje dodatečné technicko-ekonomické zdůvodnění.
Využití tepla z odvlhčovače je technický nástroj pro konkrétní podmínky. Úspěch závisí na kvalitě návrhu, detailní tepelné bilanci a realistickém výpočtu ekonomické efektivnosti pro konkrétní objekt s konkrétními vstupními údaji.
