Nepodceňujte možnosti tepelných čerpadel

Nízké jsou však provozní náklady tepelných čerpadel. Po uplynutí cca 7 let provozu konkrétního čerpadla se součet pořizovacích a provozních nákladů dostane pod většinu ostatních zdrojů tepla, kde potřebujeme stálý přísun paliva. Je ale nutné zvážit životnost způsobu vytápění. Pokud bychom o tepelném čerpadle uvažovali jako o řešení na několik let, investujeme zbytečně. Stejně tak musíme počítat s hlučností venkovní jednotky u čerpadel vzduch – voda. Tento hluk nám později může vadit a pokud ne nám, může rušit sousedy a ti si budou stěžovat.

Energie, kterou tepelná čerpadla využívají, je téměř všude k dispozici, a to stále. Především jde o sluneční teplo uložené v zemi, spodní vodě a vzduchu. Přitom energii čerpáme bez jakékoli zátěže životního prostředí a velice hospodárně.

Princip tepelného čerpadla

Teplota varu (kondenzace) různých látek je přímo závislá na tlaku. Pokud se tedy konkrétní látka vaří za běžného atmosférického tlaku v konkrétní nadmořské výšce (0,1 Mpa) při 40 oC, bude se při zvýšení tlaku vařit (kondenzovat) při vyšší teplotě. Pokud ji pak stlačíme, bude nám v tepelném čerpadle fungovat jako chladivo. A právě na tomto principu je funkce tepelných čerpadel postavena.

Chladivo je tedy pracovní látka, která v tepelném čerpadle zajišťuje převod tepla. Chladivo je hermeticky uzavřené, stále obíhá a v cyklech mění své skupenství. Chladivo se díky přiváděnému nízkopotenciálnímu teplu ve výparníku pod tlakem odpařuje. Odpařenou látku následně nasává kompresor a stlačí ji. V takzvané „teplé části okruhu“ se tlak blíží hodnotě 20 bar. Páry chladiva se tak zahřejí a zároveň zvětší svoji energii. Takto zahřáté vysokotlaké páry chladiva následně vstupují do kondenzátoru (to je vlastně druhý výměník), kde své teplo předají otopné vodě. Předáním tepla dochází ke kondenzaci chladiva zpět na kapalinu, která má stále vysoký tlak. Vysoký tlak chladiva v již kapalném skupenství sníží expanzní ventil, kterým je potrubí osazeno. Tlak je snížen na hodnotu, kterou potřebujeme při sání kompresoru. Kapalné chladivo s opět nízkým tlakem vstupuje zpět do výparníku a proces se stále opakuje. Nejčastěji je kompresorové tepelné čerpadlo poháněné elektromotorem, spotřeba elektřiny je však minimální. Nejčastěji se tepelná čerpadla osazují spirálovým kompresorem, u něhož je uváděna životnost cca 20 let (80.000 až 100.000 provozních hodin). Součástí tepelných čerpadel je i zabezpečení a regulace výkonu.

Tepelná čerpadla vždy předávají energii otopné vodě, ať už ji čerpají ze vzduchu, země či vody. Zásadním parametrem každého tepelného čerpadla je jeho topný faktor - poměr mezi dodaným teplem a množstvím spotřebované energie (ε = Q/E; Q - teplo dodané do vytápění, E - energie nezbytná k pohonu tepelného čerpadla). V průběhu roku nám topný faktor kolísá v závislosti na vstupní a výstupní teplotě tepelného čerpadla. Obvykle se hodnota topného faktoru pohybuje mezi 2 a 5. A pozor na údaje uváděné v prospektech, skutečná hodnota topného faktoru může být odlišná, třeba spotřeba oběhových čerpadel se do něj často nezapočítává.

Úsporný provoz tepelných čerpadel pak dokazuje fakt, že za ideálních podmínek vytvoří až čtyřikrát víc tepla, než spotřebují elektrického proudu.

Z výše uvedených údajů vyplývá, že pokud chceme minimální spotřebu energie pro pohon čerpadla a přitom vysokou hodnotu topného faktoru, musí naše tepelné čerpadlo splnit následující kritéria:

• Potřebujeme dostatečnou vydatnost zdroje tepla, přitom však musí být přiměřené ochlazování chladiva ve výparníku (vypařovací teplota nesmí být příliš nízká). Jinak se nejenže sníží topný faktor, ale voda, kterou potřebujeme ohřát, může i zamrznout.
• Při instalaci tepelného čerpadla není v domě vhodná instalace tradičního trubního vedení topné vody a radiátorů. Potřebujeme nízkoteplotní vytápěcí systém a tedy podlahové vytápění. Tepelná čerpadla dosahují maximální teploty na výstupu ve výši 55 ^oC.

Zdrojem tepla pro tepelné čerpadlo může být okolní či odpadní vzduch, povrchová či podzemní voda, půda nebo hlubinné vrty.

Tepelná čerpadla vzduch – voda

Jsou nejlevnější variantou tepelných čerpadel co do pořízení. Výměník tepla, kde se ochlazuje vzduch, je umístěn mimo vytápěný objekt, na našem pozemku. Je však nutné počítat s tím, že výkonný ventilátor venkovní jednotky bude zdrojem hluku. Tato tepelná čerpadla pracují i při venkovních teplotách až -12 ^oC. Pokud je teplota ještě nižší, musíme uvést do chodu další zdroj vytápění. Na venkovní jednotce se navíc tvoří námraza a energie, kterou potřebujeme na její roztátí, snižuje celkový topný faktor čerpadla.

Další možností je ochlazování vzduchu, který nám z objektu odvádí větrací systém. Odpadní vzduch má přitom poměrně vysokou teplotu (v průměru 20 ^oC, ale i více) a čerpadlo tedy může bez problémů fungovat po celý rok. V tomto případě můžeme tepelné čerpadlo využít jak pro ohřev topné a užitkové vody, tak pro ohřev vzduchu (rekuperace). K ohřevu vzduchu však systém vyžaduje teplovzdušný rozvod po domě. Tepelná čerpadla s integrovanými ventilátory lze nakonec využít i pro klimatizaci objektu.

Tepelná čerpadla voda – voda

Tepelná čerpadla systému voda – voda mohou být horizontální (teplo získávají z vody vodního toku či vodní plochy) nebo vertikální (teplo získávají z podzemní vody díky hlubinným vrtům – hovoříme o vsakovacích studních). Tepelný výměník musí být v případě horizontálního čerpadla umístěn buď přímo ve vodě, nebo musí být zapuštěn do břehu a to tak, aby v žádném případě nehrozilo zamrznutí. Teoreticky je však možné vodu i přivádět potrubím až k tepelnému čerpadlu a ochlazenou opět vypouštět ven, což je jinak princip čerpadel vertikálních. Pro instalaci vertikálního čerpadla je však nezbytné vhodné geologické podloží s dostatečně vydatným zdrojem podzemní vody. Musí umožnit čerpání i vsakování vody. Za určitých podmínek můžeme ochlazenou vodu vypouštět i do potoka či jiných vodotečí.

Tepelná čerpadla země – voda

Stejně jako čerpadla voda – voda známe tepelná čerpadla systému země – voda horizontální (teplo čerpají z půdy) a vertikální (teplo čerpají z hlubinných vrtů). V tomto případě ale potřebujeme tepelný výměník z polyethylenového potrubí, které je plněné nemrznoucí směsí. Potrubí pokládáme buď do výkopu (horizontálně) poblíž objektu a v nezámrzné hloubce, nebo do vrtu hlubokého až 150 metrů a opět v blízkosti stavby. Potrubí s nemrznoucí směsí říkáme kolektor. Trubky horizontálních kolektorů ukládáme do odkryté plochy 0,6 až ideální 1 m od sebe, nejlépe do tvaru uzavřených smyček a nejčastěji v hloubce 2 m. Pro každý 1 kW výkonu čerpadla potřebujeme 5 až 8 metrů dlouhý výkop. Navíc musíme počítat s tím, že kolektor ochladí okolní zeminu a třeba v zimě se zde pak bude déle držet sníh. Pokud pak chceme čerpadlo využít i pro letní ochlazování, je možné kolektor dobíjet odpadním teplem.

U vertikálních čerpadel je nutné umístit jednotlivé vrty alespoň 10 metrů daleko od sebe. Pokud budujeme novostavbu, je vhodné vrty umístit přímo pod ní. Pro každý 1 kW výkonu čerpadla potřebujeme 12 až 18 m hloubky jednoho vrtu. K realizaci vrtů však potřebujeme hydrologický průzkum, jako kdybychom chtěli vrtanou studnu. Naše vrty nesmí narušit hydrologické poměry dané lokality. Ohromnou výhodou vertikálních tepelných čerpadel země – voda je stálá teplota po celý rok (zhruba 8 ^oC). Jde však o absolutně nejdražší variantu co do pořizovací ceny.