Tepelné čerpadlo: Víte, jaké existují typy a jak fungují?

Uvažovali jste někdy o vytápění pomocí tepelného čerpadla? V současné době jsou tyto zdroje tepla stále oblíbenější. Důvodem jsou především jejich ekologické vlastnosti, dlouhá životnost a úspora nákladů na energii.

Jak tepelné čerpadlo funguje?

Tepelné čerpadlo funguje na podobném principu jako klimatizace nebo chladnička, ale proces je obrácený. Tepelné čerpadlo přeměňuje teplo odebrané z okolního prostředí, například z venkovního vzduchu, půdy nebo vody, na teplo vhodné pro vytápění a ohřev vody.

Protože teplo odebrané zvenčí nemůže samo o sobě přecházet z chladnějšího tělesa na teplejší, musí tepelné čerpadlo přeměnit tepelnou energii přijatou z okolí na teplotní úroveň potřebnou pro vytápění a přípravu teplé vody.

K tomu slouží kompresor, který ke svému provozu potřebuje elektrickou energii. Tepelný výkon tepelného čerpadla tedy není získáván zcela zdarma, ale ve výsledku získáváme součet energie odebrané z vnějšího prostředí a elektrické energie dodané k pohonu kompresoru.

Poměr mezi elektrickou energií spotřebovanou tepelným čerpadlem a dodanou tepelnou energií se nazývá topný faktor. Ten je ukazatelem účinnosti tepelného čerpadla. Čím vyšší je topný faktor, tím více nám tepelné čerpadlo ušetří.

Důležité parametry

COP a EER

Důležitými parametry, které je třeba zohlednit při výběru tepelného čerpadla, jsou COP a EER. Tyto dva parametry udávají účinnost tepelného čerpadla. Parametr COP platí pro vytápění a EER pro chlazení.

SCOP a SEER

Tyto dva parametry udávají v podstatě totéž co COP a EER, ale zprůměrované za celou sezónu. Hodnota SCOP udává výpočet průměrného vytápění za celou sezónu za standardních podmínek.

Tento sezónní topný faktor se vypočítá v režimu vytápění jako poměr dodané tepelné energie k dodané elektrické energii za celoroční období.

Z čeho se skládá tepelné čerpadlo?

Tepelné čerpadlo má 4 základní části:

• výparník

• kondenzátor

• kompresor

• expanzní ventil

Okruh tepelného čerpadla je naplněn kapalinou s nízkým bodem varu, kterou nazýváme pracovní kapalinou. Pracovní kapalina hraje důležitou roli při provozu tepelného čerpadla. Nízkopotenciální teplo vnějšího prostředí je odebíráno z výparníku a pomocí pracovní kapaliny je přiváděno do kompresoru.

Kompresor tak nasává pracovní médium z výparníku, kde vzniká podtlak. Médium se odpařuje, přičemž se spotřebovává výparné teplo ze zdroje. Páry teplonosného média se v kompresoru stlačí, čímž se zvýší tlak, páry se ohřejí a vyfouknou do kondenzátoru. Zde páry předávají výparné teplo topné vodě, a tím kondenzují. Zkapalněné médium pak protéká expanzním ventilem, čímž ztrácí tlak a výrazně se ochlazuje.

Protože je pracovní médium chladnější než nízkopotenciální zdroj tepla, odebírá z něj teplo. Cyklus se pak znovu opakuje ve směru výparník, kompresor, kondenzátor, expanzní ventil.

Typy tepelných čerpadel

Tepelná čerpadla lze rozdělit podle prostředí, ve kterém pracují. První v názvu je vždy prostředí, ze kterého se teplo odebírá, a druhé je prostředí, kam se teplo předává. Existují také speciální tepelná čerpadla bez elektrického pohonu. Ta se však pro vytápění domů obvykle nepoužívají.

Tepelné čerpadlo vzduch - vzduch

Je to v podstatě jakákoli klimatizace. Klimatizace se obvykle skládá z venkovní jednotky, která vyzařuje teplo do okolí nebo z něj teplo přijímá, a vnitřní jednotky, která v interiéru dělá opak.

Klimatizace se používá především k chlazení v létě a k vytápění v zimě. Regulace teploty v domě je velmi důležitá, protože vliv klimatizace a vliv vytápění domu na zdraví se může lišit. Teplota by neměla být příliš vysoká, ale ani příliš nízká.

Princip klimatizace neumožňuje zajistit rovnoměrné vytápění domů s více místnostmi jako klasický teplovodní systém a nedosahuje stejné účinnosti jako např. systémy vzduch - voda. Proto bychom měli být opatrní při označování klasických klimatizačních systémů jako tepelných čerpadel.

Tepelné čerpadlo vzduch - vzduch si však získává oblibu i při výstavbě nízkoenergetických domů. V tomto případě může být součástí tzv. řízených větracích jednotek, které často umožňují i zpětné získávání tepla.

Tento systém však vyžaduje instalaci rozsáhlých potrubních systémů pro rozvod vzduchu, takže se obvykle používá pouze v novostavbách. Starší domy jsou navíc obvykle neizolované, a proto mají vyšší tepelné ztráty. Nevýhodou nezatepleného domu je tedy vyšší tepelná ztráta, což znamená vyšší výkon čerpadla a vyšší pořizovací cenu.

Tepelné čerpadlo vzduch - voda

Toto tepelné čerpadlo odebírá teplo ze vzduchu v okolí domu a přes výměník tepla ho předává do systému ohřevu teplé vody. Je finančně nejméně nákladné a nejméně náročné na instalaci. Kromě výměníku tepla obsahuje pouze venkovní jednotku, která vypadá jako venkovní klimatizační jednotka.

Kromě nízké účinnosti tohoto řešení je jeho hlavní nevýhodou kolísající venkovní teplota, na které je účinnost přímo závislá. To může být problém v tuhých zimách. Nižší účinnost v zimě lze vyřešit tzv. bivalentním vytápěním, kdy se k ohřevu topné vody využívá sekundární zdroj tepla.

TIP: Nedílnou součástí tepelného čerpadla je zásobník teplé užitkové vody, který se používá v koupelně, kuchyni a dalších místech, kde je zdroj tekoucí vody.

Tepelné čerpadlo voda - voda

Voda je zdrojem tepla s nejvyšším tepelným potenciálem. Musí však být k dispozici v dostatečném množství a v dobré kvalitě. Tepelné čerpadlo voda-voda může dodávat teplo i v obdobích extrémních mrazů, kdy musíme čerpat vodu z podzemního vrtu.

Vodu můžeme čerpat ze dvou zdrojů:

• Podzemní studna - voda z podzemní studny nezamrzá. Pro provoz tepelného čerpadla však potřebujete dva vrty - jeden čerpací a jeden odběrový. Čerpací vrt bude čerpat vodu a chladící voda bude odváděna do odváděcího vrtu. Ty by měly být umístěny jedna za druhou podle směru proudění vody.

• Velká vodní plocha - jezera a rybníky jsou velmi vydatným zdrojem vody. Problémem je jejich vyšší teplotní závislost na teplotě okolí. V zimě se ochlazují a zamrzají, v létě se ohřívají od slunečního záření.

Tepelné čerpadlo země - voda

Tato čerpadla odebírají teplo přímo ze země v okolí domu jedním ze dvou způsobů: 

• Povrchové zemní kolektory - jsou tvořeny plastovými hadicemi, které jsou položeny ve smyčkách v hloubce 1-2 m na pozemku kolem domu. Výměnu tepla mezi zemí a tepelným čerpadlem zajišťuje nemrznoucí směs, která cirkuluje ve smyčce vytvořené těmito hadicemi.

• Suchý vrt - obsahuje trubku ve tvaru písmene U, kterou je chladivo vedeno dolů a druhou větví se vrací nahoru. Při této cestě se ohřívá. Kapalina se nachází v uzavřeném systému a nepřichází do styku s půdou.

Výhody a nevýhody tepelného čerpadla

Mezi největší výhody tepelného čerpadla patří:

• Nízké provozní náklady - tepelné čerpadlo je jedním z nejúspornějších typů vytápění na trhu. Až 75 % tepelné energie čerpá z okolního prostředí a pouze 25 % z elektrické sítě. 

• Levnější sazba za elektřinu - s tepelným čerpadlem máte nárok na levnější sazbu za elektřinu. Díky tomu je levnější nejen vytápění a ohřev vody, ale také svícení, praní nebo mytí nádobí v myčce.

TIP: Pokud si nejste jisti svými finančními rozhodnutími, poraďte se s finančním poradcem.

• Čisté a bezpracné vytápění - ve srovnání s kotlem na tuhá paliva se tepelné čerpadlo může pochlubit bezobslužným provozem. Tepelné čerpadlo nepotřebuje k vytápění člověka. Stačí nastavit optimální teplotu v domě a je to. 

• Ekologické řešení - tepelné čerpadlo nevypouští žádné plyny jako kotel na tuhá paliva.

Tepelné čerpadlo má také několik nevýhod, které je třeba vzít v úvahu: 

• Vyšší počáteční investice - hlavní nevýhodou při rozhodování o koupi tepelného čerpadla je mnohonásobně vyšší počáteční investice než u jiných typů vytápění. Na druhou stranu se počáteční náklady poměrně rychle vrátí díky levnému provozu a možnosti využití státních dotací. 

• Nákladné zemní práce v případě typu země-voda - výkop pro zemní vodojem nebo vrt může být poměrně nákladný. Tepelné čerpadlo typu země-voda je ekonomičtější a zdroj jeho tepelné energie je stabilnější. Proto se i v tomto případě mohou náklady vrátit rychleji.

TIP: Při výkopových pracích byste nikdy neměli podceňovat význam vhodné pracovní obuvi.

Vytápění bytu - s čím kombinovat čerpadlo?

Otázka vytápění však nekončí rozhodnutím investovat do čerpadla. Důležité je rozhodnout, jak tento ekologický a výhodný zdroj tepla co nejhospodárněji a nejefektivněji využívat.

Tepelné čerpadlo lze použít pro podlahové vytápění nebo radiátory. Podlahové vytápění se zdá být ideálnější volbou, což oceníte nejen v koupelně, když vylezete z teplé vany. Tato kombinace zajišťuje tepelnou pohodu v domě a díky vhodnému a osvědčenému technickému řešení také šetří peněženku.

Hlavním důvodem je, že podlahové vytápění pokrývá a přenáší teplo na velkou plochu. Proto není třeba ohřívat vodu pro podlahové vytápění na vysokou teplotu, aby se v budově udržela příjemná a stabilní teplota. Požadovaná teplota podlahového vytápění závisí na typu instalace, ale provozní teplota nepřesahuje 35 °C.

Tepelná čerpadla zásobují podlahu topnou vodou nepřetržitě po celý den. Čerpadla tedy nedodávají velké množství topné vody nárazově, ale ohřívají s nižším teplotním spádem. Mohou tedy dodávat teplo do podlahového vytápění bez zbytečného přehřívání a plýtvání energií.

Kdy je podlahové vytápění vhodné do koupelny?

Když máte nohy v teple, nepotřebujete mít místnost vyhřátou na tolik stupňů. Proto je tento systém energeticky účinnější. Navíc nezabírá žádný prostor. Ocení ho proto i majitelé malých koupelen, kde se každý ušetřený centimetr počítá. Podlahové vytápění je také ideálním řešením pro osoby s oslabenou imunitou nebo pro ženy, které jsou náchylné k prochladnutí a s ním spojenými urologickými či gynekologickými záněty.

Podlahové vytápění není jedinou volbou topného systému. Radiátory lze také kombinovat s tepelným čerpadlem. Záleží na typu a výkonu čerpadla, ale také na velikosti radiátorů. Obecně platí, že čím větší je radiátor, tím je kompatibilnější s tepelným čerpadlem. Protože radiátory mají menší plochu, potřebují k zajištění tepelného komfortu v domě topnou vodu o výrazně vyšší teplotě.

Jaké radiátory je vhodné kombinovat s tepelným čerpadlem?

• Článkové radiátory - jsou nejstarším typem radiátorů, mají malou plochu pro vyzařování tepla a předávají ho především konvekcí a reagují poměrně pomalu, takže nejsou příliš vhodné pro efektivní provoz tepelného čerpadla.

• Žebříkové radiátory - jsou modernější verzí článkových radiátorů, často se vyskytují v koupelně, a proto se jim také říká ručníkové radiátory, jejich použití v kombinaci s tepelnými čerpadly také není optimální. 

• Panelové radiátory - vyznačují se velkou, většinou rovnou vytápěcí plochou s prostorově úsporným provedením a nízkou teplotou proudění, protože vysoký podíl tepla je vyzařován sáláním, jsou pro provoz tepelného čerpadla vhodnější než článkové nebo trubkové radiátory. 

• Nízkoteplotní radiátory - skládají se z několika desek s velkou plochou a sálají teplo přes příčky z hliníkového nebo profilovaného ocelového plechu, vzhledem k vysokému podílu sálavého tepla a nízké teplotě proudění jsou nejvhodnější pro kombinaci s tepelným čerpadlem.

Michal Horváth