Tepelné čerpadlo k bazénu

Zima i v létě

Před delší dobou jsem na zahradě postavil bazén, který se docela osvědčil. Bohužel poslední dobou léta jaksi nejsou, co bývala, a tak se voda slunečním svitem málokdy ohřeje na koupatelnou teplotu pro zhýčkané jedince (tj. nad 25 ℃). Nějakou dobu jsem vymýšlel různé systémy černých hadic na střeše (a podobné solární vynálezy), až jsem nakonec usoudil, že na Slunce není spolehnutí a koupil si tepelné čerpadlo.

Tepelné čerpadlo?

Tepelné čerpadlo je zařízení pro domácí boj proti globálnímu oteplování. Obsahuje velký ventilátor, který prohání vzduch z okolního prostředí přes výměník tepla, ve kterém se rozpíná nějaké chladivo, takže je studený. Cílem je ochladit vzduch na zahradě zhruba o 5 - 10 ℃ a tak drobně přispět k ochlazení atmosféry planety Země, která se dramaticky ohřívá kvůli dobytku na pastvě vypouštějícímu metan. 

Prakticky tedy člověk zaplatí jen čerpadlo (10-50 tisíc Kč) a pak elektřinu (2-5 Kč/hod) a už může bojovat proti změnám klimatu. Drobnou výhodou tohoto marného boje s větrnými mlýny je, že při takovém domácím ochlazování atmosféry vzniká odpadní teplo, kterým je možné ohřívat vodu v bazénu. Dalším odpadním produktem je voda, zkondenzovaná přímo ze vzduchu. To se může hodit například na poušti - nebo u nás se s ní dá doplňovat voda v bazénu, kde stejně pořád chybí.

Mountfield

Tepelná čerpadla k bazénům se prodávají všude možně a za různé ceny. Moje čerpadlo jsem koupil v Mountfieldu, což je čínský řetězec prodejen předražené zahradní techniky, kterému z původní české minulosti zůstala (kromě Kola štěstí) ještě jedna zajímavá věc: cena zboží zde v průběhu roku divoce kolísá. Pokud má člověk nervy pokerového hráče světového formátu, může si vyhlédnout zboží a pak čekat, čekat a čekat, až se jeho cena změní na přijatelnou, což je obvykle půl roku poté, kdy bylo potřeba to zboží koupit. Tj. lyže v létě (ty se tam ale neprodávají), a čerpadla k bazénu v zimě.

Konkrétně můj 5kW typ stál loni v létě 32 990 Kč. Na svatého Štěpána jsem ho ale pořídil za 10 993 Kč.

Příkon, výkon a doba ohřevu

Tepelné čerpadlo je samozřejmě dobré koupit co nejvýkonnější, ale to zase nepříjemně leze do peněženky. Proto jsem zvolil kompromis a vybral čerpadlo s jmenovitým elektrickým příkonem 1,03 kW a slibovaným tepelným výkonem 5 kW (to není perpetuum mobile, jen se přečerpává teplo ze vzduchu do vody). Takové čerpadlo prý stačí na bazény s objemem až 35 kubíků vody. Ovšem jak dlouho by se takový objem vody ohříval? V internetových diskusích (i přímo na stránkách prodejce) najdete mnoho protichůdných nepodložených názorů typu "ohřálo nám to bazén o 5 stupňů za odpoledne", anebo "vůbec nám to neohřívá, je to krám". Přitom se to dá jednoduše a přesně kalorimetricky spočítat, takže člověk nemusí kupovat zajíce v pytli. Pojďme si to propočítat pro modelový příklad 30kubíkového bazénu:

Měrná tepelná kapacita vody je 4180 J ∙ K−1 ∙ kg−1, vody v bazénu je 30 tun, takže na zvýšení teploty o 1 Kelvin potřebujeme 125.400.000 J, což je téměř 35 kWh. Čerpadlo v dobrých podmínkách (vzduch má alespoň 15 ℃) dodává 5 kWh tepla, takže (za předpokladu ideálního předání tepelné energie) 30 kubíků vody v bazénu ohřeje o 1 ℃ za 7 hodin (tedy o 2 stupně za 14 hodin, o 3 stupně za 21 hodin atd.). Jednoduché, že? Akorát to platí pouze za ideálních podmínek, tj. hladina vody i boky a dno bazénu musí být neprodyšně pokryty 20cm vrstvou pěnového polystyrenu. V opačném případě nám především odpar vody a ochlazování při teplotě okolí nižší než požadovaná teplota vody (tj. typicky v noci) výpočtem pěkně zamíchá - čerpadlo sice za celou noc dokáže ohřát vodu o 1 stupeň, ovšem voda mezitím o 2 stupně zchládne, protože je v noci zima. Takže je sice ráno voda chladnější než večer, ale pořád je v ní napumpována hromada energie, takže za několik dní voda přecejen dosáhne kýžené teploty.

Instalace svépomocí

Prodejce nabízí instalaci ve své režii, ale na Silvestra byli rádi, že přes hromady sněhu čerpadlo vůbec dovezli k domu, a o instalaci jsme se tak vůbec nebavili. Stejně jsem si ho chtěl nainstalovat sám, protože trpím žiji pocitem, že sám si to udělám vždycky nejlépe. Nejdříve jsem se rozhodl svařit velmi komplikovaný rám, který umožní umístit čerpadlo na zcela nerovný terén:

V další fázi jsem si usmyslel, že 3D vytisknu speciální antivibrační podložky pod ten ocelový rám. Měl jsem totiž podezření, že čerpadlo bude za chodu vibrovat a nechtěl jsem, aby mi poskakovalo po terase, nebo aby mi drnčely hrníčky doma v kuchyni, kdybych čerpadlo přišrouboval napevno k dlažbě a vibrace se tak šířily celým domem. Takže jsem si sedl k Onshape a dlouze navrhoval něco, o čem jsem věřil, že pohltí vibrace:

Takové antivibrační podložky samozřejmě nedává smysl vytisknout z tvrdého plastu, tak jsem to pojal jako záminku seznámit se s plastem pružným a objednal si špulku "TPU" od Devil Design. 3D tisk z TPU se liší od tisku například z PETG jen v tom, že je 3x pomalejší, jinak je všechno stejné. Takže jsem si sice počkal, ale nakonec z tiskárny vypadly krásné podložky, které byly skutečně pružné! Nasadil jsem je na ocelový rám a umístil do finální pozice:

V dalším kroku bylo potřeba provrtat zeď do místnosti, kde je schovaná filtrace bazénové vody. Totiž to tepelné čerpadlo je nutno zapojit do okruhu filtrace vody. Dlouho jsem to chtěl udělat jinak (s pomocí druhého čerpadla vody a druhých hadic vedoucích do bazénu), ale nakonec jsem dostal rozum a raději provrtal zeď. Na to byl potřeba vrták o průměru alespoň 50 mm, protože všechno u bazénu se dělá z trubek o vnějším průměru 50 mm. V půjčovně nářadí mi půjčili obří stroj, a do něj největší vrták, jaký se dělá - 51mm. Vyvrtal jsem dva otvory podle vývodů z čerpadla a pak zjistil, že se do děr nevejde tvrdá bazénová trubka - setina milimetru někde chyběla! Pak jsem ale vzal pružnou trubku (taky o průměru 50 mm) a ta se mi tam po větším úsilí nasoukat/našroubovat/zarazit povedla:

V okruhu filtrace je potom potřeba najít místo někde mezi výstupem z filtru a vstupem do bazénu, kde je nutno vřadit odbočku pro přesměrování toku vody přes tepelné čerpadlo. Ovšem nestačí to udělat jednoduše, ale odborníci tvrdí, že je nutno vytvořit takovou konstrukci složenou ze tří ventilů, kterými je možné následně řídit, kam kolik vody poteče:

Mimochodem, práce s těmito bazénovými věcmi je poměrně jednoduchá. Nejdřív jsem z toho měl docela restekp, ale pak jsem si prohlédl instruktážní videa na Bazenonline.cz a šel jsem do toho. Je to vlastně taková pěkná skládanka, lepší jak nějaké lego:

Akorát mě trošku zarazilo, že ta pružná trubka, kterou jsem nakonec používal na všechna delší vedení, nejde nasucho (při nácviku rozměrů) zarazit do žádné spojky ani kolena, a to ani s použitím brutálního násilí. Naštěstí ale stačí namazat lepidlem a jde to zasunout na doraz jako po másle. Mimochodem, kvůli tomu lepidlu je také všechno jen na jeden pokus - takže dvakrát měř a jednou lep, za 5 sekund po spojení už to nejde nijak rozdělat a spravit.

První spuštění

Po rozšíření filtračního okruhu o projížďku vody tepelným čerpadlem už stačilo celý systém jen spustit. Při prvním spuštění jsem měl za úkol nějak manipulovat s těmi třemi kulovými ventily a jejich kombinací nastavit správnou rychlost a objem vody protékající čerpadlem a ještě přiškrtit na výstupu, aby v čerpadle byl tlak v rozmezí 2,1 - 4,5 baru. Ovšem v mém případě stačilo oba ventily na okruhu tepelného čerpadla otevřít naplno (a samozřejmě naplno zavřít ventil zkratující rozšířený okruh) - tlak v tepelném čerpadle se ustálil na 2,3 baru, což je v doporučeném rozsahu. Tudíž ty tři kulové ventily jsou u mě na dvě věci. Nevadí...

Běžící tepelné čerpadlo skutečně ochlazuje vzduch, takže vlastně klimatizuji celou planetu. U ventilátoru je v parném dni docela příjemné posezení. Skočil jsem nadšeně do bazénu a čekal u trysek, kdy z nich začne stříkat horká voda, ale nedočkal jsem se. Zřejmě se voda při průletu čerpadlem ohřeje jen o malý zlomek, takže na ruce to cítit není. Stačilo ale vydržet pár hodin, kdy Slunce svítilo nejvyšším výkonem (20 kW jen pro můj bazén!) a čerpadlo hučelo na max, a dočkal jsem se teploty, při které do vody vstupují i ženy!

Další tuning

Elektroinstalaci ještě nemám zcela vyřešenou, protože jsem musel přednostně začít řešit kryt čerpadla před nepřízní počasí. Výrobce totiž žádá, ať čerpadlo ukryjeme před Sluncem a deštěm, takže jsem opět povolal do práce mou 3D tiskárnu a vytiskl si na míru krásnou střešní konstrukci:

Výplň (infill) jsem nastavil jen 5%, ale přesto je výsledný výrobek z PETG velmi pevný!

Promakaný model dávám k dispozici všem - dá se krásně nacvaknout na čerpadlo a dobře tam drží.

Na tyto "krovy" nyní stačí přilepit nějaké vhodné plotny a stříška bude hotová. K elektroinstalaci se vrátím posléze - musím si ještě ujasnit, jestli se spolehnu na digitální ovládání tepelného čerpadla, které si umí dokonce samo zapnout i externí vodní čerpadlo, když potřebuje, anebo jestli zůstanu u stávajícího ovládání spínacími hodinami, kdy čerpadlo své chytré řízení dle času a teploty vody vůbec nevyužije.