Jak funguje tepelné čerpadlo? Vyplatí se?

Každá domácnost spotřebuje největší část energie na vytápění a přípravu teplé užitkové vody. Vzhledem k vysoké ceně topného oleje a zemního plynu jsou tepelná čerpadla zvláště výhodnou alternativou, zejména pro novostavby – ale i jako obnova starých topných zařízení.

Tepelná čerpadla využívají teplo z okolního prostředí – ze země, ze spodní vody nebo ze vzduchu a během celého roku vydávají teplo pro vytápění a přípravu teplé užitkové vody. Výrazně snižují náklady na spotřebu energie, zabraňují spalování fosilních paliv a snižují zplodiny oxidu uhličitého CO₂ o více než 40 procent.

Princip: jak to funguje?

Princip tepelného čerpadla je znám již více než 100 let. Konstruktér prvního tepelného čerpadla na světě byl slovák Aurel Stodola. Jeho tepelné čerpadlo z roku 1928 dodnes pracuje ve Švýcarsku a vytápí radnici v Ženevě s odebíráním tepla z vody jezera (jde o uzavřený okruh). První velké technické využití tohoto způsobu vytápění se uskutečnilo v r. 1936. No rozsáhlejší využití tepelných čerpadel na vytápění přišlo nejdříve se zvýšením cen energií na počátku sedmdesátých let.

Stejně jako běžná chladnička ve vaší domácnosti chladí i když je venkovní teplota například +30°C, také technologie čerpadla ohřívá i když je médium pro získání plusové energie nižší nebo dokonce záporné. Vše je založeno na přenosu tepla kapalinou, která má extrémně nízký bod odpařování.

Topné tepelné čerpadlo je zařízení, které využívá netradiční zdroje energie pro ústřední topení (ÚT) a na ohřev teplé užitkové vody (TUV). Pracuje na principu využití jinak nevyužitelný energie – nízkopotenciálního tepla z našeho okolí (t.j. z vody, vzduchu, země či odpadního tepla), kdy jeho přečerpáním dojde ke změně teploty na úroveň využitelnou v topném systému. Základní perspektiva tepelných čerpadel je to, že do globálního teplotního režimu planety se přímo nepřidává teplo ze spalování jakéhokoliv paliva. Nepřímo vzniká určité množství tepla v elektrárnách – při výrobě elektrické energie spotřebované na chod tepelného čerpadla.

Princip tepelného čerpadla vzduch / voda

Základem tepelného čerpadla je uzavřený okruh naplněný chladivem. Tepelné čerpadlo, respektive chladicí okruh, má čtyři základní části:

• Výparník: Do výparníku se přivádí okolním vzduchem nízko potenciální teplo. Přivedené teplo způsobuje vypařování chladiva, páry chladiva se stávají nositelem tepelné energie a tu přenášejí do kompresoru. Vzduch, jehož proudění přes výparník zajišťuje axiální ventilátor nebo ventilátory, se přitom ochladí. Vzduchová cesta představuje primární okruh tepelného čerpadla.
• Kompresor: nasává páry z výparníku, stlačuje je a vytlačuje do kondenzátoru. Práce na pohon kompresoru se přemění na teplo, které se přičítá k teplu přivedeného do výparníku.
• Kondenzátor: energie přivedena do kondenzátoru parami chladiva z výparníku a kompresoru se přenáší do cirkulujícího topného média (sekundární okruh tepelného čerpadla). Přeneseným teplem se topné médium ohřívá.
• Škrtící ventil: kapalné chladivo, které zkondenzovalo v kondenzátoru při vyšším (kondenzačním) tlaku, se vstřikuje do výparníku, aby se zde opět vypařilo při nižším (vypařovaném) tlaku.

Tepelná čerpadla takto dokáží teplo z uvedených médií (o teplotě např. kolem 2°C) převést na vyšší teplotní hladinu (např. kolem 80°C), ale na to potřebují dodat jinou, obvykle elektrickou energii. Zisk tepla z okolního prostředí na vytápění je však vyšší v porovnání se spotřebou elektřiny na pohon tepelného čerpadla: z 1 kWh spotřebované elektřiny je možné běžně získat 3 až 4 kWh tepla.

Typy tepelných čerpadel

V zásadě se dnes vyrábějí 3 typy tepelných čerpadel. Jejich označení přímo souvisí s druhem média, ze kterého získávají zdrojovou energii. Používané systémy jsou tedy:

• Vzduch / Voda – vzhledem k nenáročné instalací asi dnes jeden z nejpoužívanějších systémů. Čerpadlo získává energii z okolního venkovního vzduchu. Platí samozřejmě pravidlo, že čím je vyšší teplota venkovního vzduchu, tím je větší tepelný zisk, avšak čerpadlo je možné provozovat se slušným výkonem až do teploty -15°C.
• Voda / Voda – v tomto případě se zdrojovým médiem stává voda, tepelný kolektor čerpadla je umístěn na dně rybníka, řeky, bazénu a jiných vodních nádrží. Přestože toto řešení vyžaduje takový zdroj nablízku těchto instalací, je dnes hojně využívané.
• Zem / Voda – velmi populární systém zejména u novostaveb. Médiem je zem do níž se v nezámrzné hloubce umístí tepelný kolektor čerpadla. Také je možnost využít hloubkového vrtu. Produktová řada tepelných čerpadel zem/voda bývá označována i jako voda/voda, protože do tepelného čerpadla vstupuje voda, která se ohřála v zemi.

Ekvitermní regulace

Regulace, která v závislosti na venkovní teplotě upravuje teplotu topné vody vstupující do topného systému. Příklad: když je venku -15°C, regulace pustí do domu vodu o teplotě například 50°C; když je venku 10°C, regulace pustí do domu vodu o teplotě jen 30°C. U tepelných čerpadel je ekvitermní regulace mnohem důležitější než u jiných zdrojů tepla, protože čím je nižší teplota topné vody, tím je provoz tepelného čerpadla efektivnější a úspornější.

Všechny trubky a rozvody bych doporučil natřít nátěrem ThermoShield TopCoat, který nám sníží tepelné ztráty při rozvodech topení, případně minimalizuje riziko kondenzace vody. Více o nátěru na kov ThermoShield TopCoat si můžete přečíst v samostatném článku.

Ohřev teplé užitkové vody – napojení tepelného čerpadla na zásobník

Častou otázkou je možnost napojení čerpadla na zásobník a jeho využití pro ohřev teplé vody. Ano, samozřejmě je možné tepelné čerpadlo připojit se zásobníkem teplé vody a celoročně tak uspořit nemalé prostředky i na ohřev teplé vody. V této kombinaci je důležité nainstalovat kvalitní ekvitermní regulaci a neřídit tepelné čerpadlo jen termostatem.

Vyplatí se investovat do tepelného čerpadla? Vrátí se vynaložené náklady?

Ano, vyplatí se investovat. Technologický pokrok měl za následek výrazné zlevnění systémů, díky čemuž se návratnost investice při použití na rodinném domě snížila na cca. 7-10 let. Při využití v komerčních a průmyslových provozech nebo při nasazení v panelových a bytových domech je návratnost tepelného čerpadla řádově několik let. Vzhledem ke každoročnímu zdražování energií o 5 a více % se návratnost tepelného čerpadla zkracuje.

Nižší teplota topného tělesa

Někteří lidé si stěžují, že tepelné čerpadlo netopí dostatečně. Tento pocit je způsoben pouze tím, že topné těleso v místnosti nemá povrchovou teplotu 60°C ale nižší a proto si lidé myslí, že je v místnosti zima, i když je na teploměru stejných 22°C jako v případě topných těles s vysokou teplotou vody. Na tento pocit si po určité době každý člověk zvykne.

Doporučil bych jako vnitřní nátěr použít ClimateCoating ThermoPlus, který vytváří pohodovou klima v místnosti a udržuje konstantní vlhkost. Termokeramická membrána ClimateCoating se stará o rovnoměrné rozložení tepla v místnosti. Teplotní rozdíl mezi podlahou a stropní částí tak může činit méně než 2°C. Současně se zabrání tvorbě kondenzátu na stěnách a tvorbě plísní. Může se také omezit větrání, při kterém draze získané teplo doslova vyletí oknem.

Stěny vybavené nátěrem ClimateCoating ThermoPlus vytvářejí velký keramický povrch, a proto působí během studených měsíců podobně jako kachlová kamna, která vyzařuje své příjemné teplo do místnosti. Keramické duté kuličky, které jsou obsaženy v nátěru ClimateCoating, vedou teplo jako „minikachlíky“. Nátěr díky svým vlastnostem a značně zvětšenému povrchu stěn rychle a dobře rozvádí sálavé teplo od tepelného zdroje do vzdálenějšího povrchu stěn a stropu. Kamna nyní mnohem rovnoměrněji „sálají“ teplo do místnosti. Současně se „vytáhne“ nadměrná vlhkost ze stěn a prodá se do vzduchu. To je rozhodující pro izolační efekt, neboť suché stěny izolují mnohem lépe než vlhké.

Tepelné čerpadlo má svůj přívod elektřiny

Tepelné čerpadlo se běžně napojuje na stávající rozvod elektrické energie (pokud je dostačující, pokud není, tak je nutné ho zvýšit). Navíc všichni dodavatelé elektrické energie nabízejí speciální tarify pro tepelná čerpadla, u nichž je cena elektrické energie nižší než u standardních tarifů. A na tuto levnější energii je napojen celý dům.

Výběr správného tepelného čerpadla je důležitý

Instalace tepelného čerpadla do stávajícího systému je velmi jednoduchá, ale výběr správného tepelného čerpadla je trochu složitější. Nejprve je nutné provést zhodnocení otopné soustavy a výpočet tepelné ztráty budovy. Na základě těchto informací se následně rozhodne jak velké tepelné čerpadlo a s jakou teplotou topné vody se do domu nainstaluje. V 80% případů se při rekonstrukcích zjistí, že není potřeba dávat tepelné čerpadlo s vysokou teplotou topné vody, které je řádově dražší o stovky EUR.

Peter Hofer

See author's posts