Samotný název systémů tepelných čerpadel (vzduch–vzduch, vzduch–voda, voda–voda a země – voda) může vést k mylné představě, že tepelná čerpadla čerpají tepelnou energii ze vzduchu, vody či země. Ovšem ve všech případech jde o energii pocházející ze slunečního záření, která je ve vzduchu, vodě a v zemi akumulována a my ji můžeme čerpat a to i při velice nízkých teplotách. Sluneční energie dopadající na zemský povrch se prostě nemůže jen tak ztratit (na každý metr čtvereční dopadá 1.373 W sluneční energie - hodnota kolísá v rozmezí cca 3%). A jak tuto energii získávají právě tepelná čerpadla?
Když zvolíme jakýkoli konvenční tepelný zdroj, budeme vždy spotřebovávat palivo nebo elektrickou energii s lepší či horší účinností přeměny tohoto zdroje na teplo. Pokud však jako zdroj vytápění zvolíme tepelné čerpadlo, získáme větší část energie z okolního prostředí. Tepelné čerpadlo spotřebuje pro svůj provoz méně jak 1/3 energie dodávané do otopného systému.
Technický vývoj tepelných čerpadel v posledních letech hodně pokročil. Moderní tepelná čerpadla jsou při svém provozu ekonomická, mají dlouhou životnost a využívají inteligentní řídící systémy. I jejich cena výrazně poklesla a navíc lze v konkrétních případech čerpat finance z dotačních titulů.
Venkovní jednotka tepelného čerpadla vzduch-voda
Princip tepelného čerpadla
Princip fungování tepelného čerpadla je obdobný jako u chladničky, která odebírá teplo potravinám, chladí a v zadní části vytápí, ovšem v tomto případě je princip obrácený a mnohem výkonnější. Tepelné čerpadlo odebírá teplo vzduchu, zemi či vodě a předává je teplonosnému médiu. V systému tepelného čerpadla dochází k vypařování, kompresi, kondenzaci a expanzi.
Při vypařování odebírá chladivo kolující v tepelném čerpadle teplo z okolního prostředí a díky tomu se vypařuje, čili mění z kapalného skupenství na plynné, ovšem při velice nízkých teplotách. Kompresor přitom zajišťuje stálou cirkulaci chladiva - nasává ohřáté chladivo v plynném skupenství. Při kompresi je v tepelném čerpadle tento mírně ohřátý plyn prudce stlačen (s rostoucím tlakem stoupá i teplota), čímž je dosaženo vyšší teplotní hladiny (cca 80 oC). Při kondenzaci předává zahřáté chladivo teplo vodě (teplonosnému médiu, může jím být i vzduch u čerpadel vzduch–vzduch) pomocí druhého výměníku. Hovoříme o nízkoteplotním vytápění, nejčastěji vytápění podlahovém. Teplo je topným systémem vyzářeno do místnosti a ochlazená voda se vrací do druhého výměníku k opětovnému ohřátí. Při expanzi putuje chladivo přes expanzní ventil, kde se seškrtí na původní nižší tlak, zpět k prvnímu výměníku, ve kterém se opět ohřeje. A tento koloběh se v tepelném čerpadle stále opakuje.
Princip tepelného čerpadla
Účinnost tepelného čerpadla a topný faktor
Čerpání sluneční energie tepelnými čerpadly ze vzduchu, vody, či země, je velmi efektivním způsobem ohřevu vody topné, užitkové, či bazénové. Jak jsme již zmínili, tepelné čerpadlo odebírá energii okolnímu prostředí, přečerpává ji na vyšší teplotu a předává nosnému médiu. Jedinou energií, kterou tepelné čerpadlo ke svému výkonu potřebuje, je energie elektrická, kterou potřebujeme pro pohon kompresoru přečerpávajícího teplo. A právě poměr mezi získanou energií a dodávanou energií elektrickou je nazýván topným faktorem. Jeho hodnota se pohybuje od 3 do 5 v závislosti na podmínkách (snižování výstupní teploty zvyšuje hodnotu topného faktoru). Ideální je v případě instalace tepelného čerpadla vytápění bytu teplovodním podlahovým nízkoteplotním topením (max. teplota topné vody je zde kolem 35 oC, běžně kolem 25 oC).
Tepelná čerpadla mají několikanásobně vyšší účinnost než konvenční zdroje tepla - běžný kotel dodá z 1 kWh spotřebované energie vždy méně než 1 kWh tepla, ovšem tepelná čerpadla vyrobí z 1 kWh spotřebované elektrické energie 3 až 5 kWh tepla – topný faktor 3 až 5. Výhodná je přitom i sazba spotřeby elektrické energie pro tepelná čerpadla D56 (22 hodin využíváte v celé domácnosti „nízký tarif“).
Jak vybrat vhodný systém tepelného čerpadla
Zásadní jsou pro systém tepelného čerpadla technické podmínky domu a pozemku a samozřejmě také cena. Kvůli ceně jsou dnes nejoblíbenější tepelná čerpadla systému vzduch–voda, která lze navíc využít v jakékoli budově bez ohledu na její technické podmínky a pozemek. Ovšem nejvyšší účinnosti vytápění dosahují celoročně čerpadla země-voda a voda-voda, navíc je zásadní i technické provedení tepelného čerpadla a zajištění servisních služeb dodavatelem.
Tepelná čerpadla vzduch–voda jsou u nás nejvíce rozšířena. Možnosti instalací čerpadel voda-voda a země-voda jsou navíc značně omezené a v mnoha případech prakticky nemožné. Právě pro čerpadla vzduch-voda jsou u nás v podstatě ideální klimatické podmínky (průměrná roční teplota vzduchu je u nás + 3 oC a tato tepelná čerpadla mají schopnost vytápět i při teplotě – 25 oC, ovšem s nízkým topným faktorem). Výkon tepelných čerpadel vzduch–voda je přitom i při nízkých venkovních teplotách obdobný jako u čerpadel země–voda, která jsou technicky náročnější na svou realizaci a výrazně dražší. Vzduch je vlastně nejdostupnějším a okamžitě použitelným teplonosným médiem. Teplo, které je ze vzduchu odevzdané, je navíc tepelným čerpadlem opět vrácené zpět do okolního prostředí, a to tepelnými ztrátami objektu. Nenarušuje se proto teplotní rovnováha okolí domu. Nižší topný faktor tepelného čerpadla v zimě je navíc bohatě kompenzován velmi vysokým topným faktorem v ostatních měsících roku. Minimální jsou pro tepelná čerpadla vzduch–voda i technické požadavky a stavební připravenost – potřebujeme pouze prostup nosnou obvodovou zdí a betonový základ pro venkovní jednotku tepelného čerpadla.
Životnost tepelného čerpadla
Životnost tepelného čerpadla se předpokládá 25 až 30 let a je ovlivněna především životností kompresoru, což je nejdražší součást systému. Výměna kompresoru se u běžného tepelného čerpadla vhodného k vytápění běžného rodinného domu pohybuje okolo 40.000 korun.
Hlučnost tepelných čerpadel
Hlučností můžeme přirovnat zemní tepelné čerpadlo k větší mrazničce. Ale hlučnost vzduchového tepelného čerpadla je dána hlavně hlučností ventilátoru, proto je důležité pořídit čerpadlo s nízkootáčkovým ventilátorem, který zaručuje nejnižší možnou hladinu hluku. I tak je ale třeba umístit venkovní jednotku na místo, kde nás neruší při relaxaci a spánku a kde neruší ani naše sousedy.
Schéma tepelného čerpadla vzduch-voda s rekuperací
)
)
)
