Ako funguje tepelné čerpadlo

Každá domácnosť spotrebuje najväčšiu časť energie na vykurovanie a prípravu teplej úžitkovej vody. Vzhľadom na vysoké ceny vykurovacieho oleja a zemného plynu sú tepelné čerpadlá obzvlášť výhodnou alternatívou, najmä pre novostavby – ale aj ako obnova starých vykurovacích zariadení.

Tepelné čerpadlá využívajú teplo z okolitého prostredia – zo zeme, zo spodnej vody, alebo zo vzduchu a počas celého roka poskytujú teplo na vykurovanie a prípravu teplej úžitkovej vody. Výrazne znižujú náklady na spotrebu energie, zabraňujú spaľovaniu fosílnych palív a znižujú splodiny oxidu uhličitého CO2 o viac ako 40 percent.

Princíp funkcie tepelného čerpadla

Princíp tepelného čerpadla je známy už viac ako 100 rokov. Konštruktér prvého tepelného čerpadla na svete bol Slovák Aurel Stodola. Jeho tepelné čerpadlo z roku 1928 dodnes pracuje vo Švajčiarsku a vykuruje radnicu v Ženeve s odoberaním tepla z vody jazera (ide o uzatvorený okruh). Prvé veľké technické využitie tohto spôsobu vykurovania sa uskutočnilo v r. 1936. No rozsiahlejšie využitie tepelných čerpadiel na vykurovanie prišlo najskôr so zvýšením cien energií na začiatku sedemdesiatych rokov.

Rovnako ako bežná chladnička vo Vašej domácnosti chladí aj keď je vonkajšia teplota napríklad +30°C, takisto aj technológia čerpadla ohrieva aj keď je médium pre získanie plusovej energie nižšie alebo dokonca záporné. Všetko je založené na prenose tepla kvapalinou, ktorá má extrémne nízky bod odparovania.

Vykurovacie tepelné čerpadlo je zariadenie, ktoré využíva netradičné zdroje energie na ústredné vykurovanie (ÚK) a na ohrev teplej úžitkovej vody (TÚV). Pracuje na princípe využitia inak nevyužiteľnej energie – nízkopotenciálového tepla z nášho okolia (t. j. z vody, vzduchu, zeme či odpadového tepla), kedy jeho prečerpaním dôjde ku zmene teploty na úroveň využiteľnú vo vykurovacom systéme. Základná perspektíva tepelných čerpadiel je to, že do globálneho teplotného režimu planéty sa priamo nepridáva teplo zo spaľovania akéhokoľvek paliva. Nepriamo vzniká určité množstvo tepla v elektrárňach – pri výrobe elektrickej energie spotrebovanej na chod tepelného čerpadla.

Princíp tepelného čerpadla vzduch-voda

Základom tepelného čerpadla je uzatvorený okruh naplnený chladivom. Tepelné čerpadlo, respektíve chladiaci okruh, má štyri základné časti:

  • Výparník: Do výparníka sa privádza okolitým vzduchom nízko potenciálne teplo. Privedené teplo spôsobuje vyparovanie chladiva, pary chladiva sa stávajú nositeľom tepelnej energie a tu prenášajú do kompresora. Vzduch, ktorého prúdenie cez výparník zaisťuje axiálny ventilátor alebo ventilátory, sa pritom ochladí. Vzduchová cesta predstavuje primárny okruh tepelného čerpadla.
  • Kompresor: nasáva pary z výparníka, stláča ich a vytláča do kondenzátora. Práca na pohon kompresora sa premení na teplo, ktoré sa pripočíta k teplu privedenému do výparníka.
  • Kondenzátor: energia privedená do kondenzátora parami chladiva z výparníka a kompresora sa prenáša do cirkulujúceho vykurovacieho média (sekundárny okruh tepelného čerpadla). Preneseným teplom sa vykurovacie médium ohrieva.
  • Škrtiaci ventil: kvapalné chladivo, ktoré skondenzovalo v kondenzátore pri vyššom (kondenzačnom) tlaku, sa vstrekuje do výparníka, aby sa tu opäť vyparilo pri nižšom (vyparovanom) tlaku.

Tepelné čerpadlá takto dokážu teplo z uvedených médií (o teplote napr. okolo 2°C) previesť na vyššiu teplotnú hladinu (napr. okolo 80°C), ale na to potrebujú dodať inú, obyčajne elektrickú energiu. Zisk tepla z okolitého prostredia na vykurovanie je však vyšší v porovnaní so spotrebou elektriny na pohon tepelného čerpadla: z 1 kWh spotrebovanej elektriny je možné bežne získať 3 až 4 kWh tepla.

Typy tepelných čerpadiel

V zásade sa dnes vyrábajú 3 typy tepelných čerpadiel. Ich označenie priamo súvisí s druhom média, z ktorého získavajú zdrojovú energiu. Používané systémy sú teda:

  • Vzduch/Voda – vzhľadom k nenáročnej inštalácií asi dnes jeden z najpoužívanejších systémov. Čerpadlo získava energiu z okolitého vonkajšieho vzduchu. Platí samozrejme pravidlo, že čím je vyššia teplota vonkajšieho vzduchu, tým je väčší tepelný zisk, avšak čerpadlo je možné prevádzkovať so slušným výkonom až do teploty –15°C.
  • Voda/Voda – v tomto prípade sa zdrojovým médiom stáva voda, tepelný kolektor čerpadla je umiestnený na dne rybníka, rieky, bazéna a iných vodných nádrží. Napriek tomu, že toto riešenie vyžaduje takýto zdroj nablízku týchto inštalácií, je dnes hojne využívané.
  • Zem/Voda – veľmi populárny systém najmä u novostavieb. Médiom je zem do ktorej sa v nemrznúcej hĺbke umiestni tepelný kolektor čerpadla. Taktiež je možnosť využiť hĺbkového vrtu. Produktová rada tepelných čerpadiel ZEM/VODA býva označovaná aj ako VODA/VODA, pretože do tepelného čerpadla vstupuje voda, ktorá sa ohriala v zemi.

Ekvitermická regulácia

Regulácia, ktorá v závislosti na vonkajšej teplote upravuje teplotu vykurovacej vody vstupujúcej do vykurovacieho systému. Príklad: keď je vonku -15°C, regulácia pustí do domu vodu o teplote napríklad 50°C; keď je vonku 10°C, regulácia pustí do domu vodu o teplote len 30°C. U tepelných čerpadiel je ekvitermická regulácia oveľa dôležitejšia než u iných zdrojov tepla, pretože čím je nižšia teplota vykurovacej vody, tým je prevádzka tepelného čerpadla efektívnejšia a úspornejšia.

Všetky rúry a rozvody by som doporučil natrieť náterom ThermoShield TopCoat, ktorý nám zníži tepelné straty pri rozvodoch kúrenia, prípadne minimalizuje riziko kondenzácie vody. Viac o nátere na kov ThermoShield TopCoat si môžete prečítať v samostatnom článku.

Ohrev teplej úžitkovej vody – napojenie tepelného čerpadla na zásobník

Častou otázkou je možnosť napojenia čerpadla na zásobník a jeho využitie na ohrev teplej vody. Áno, samozrejme je možné tepelné čerpadlo pripojiť so zásobníkom teplej vody a celoročne tak usporiť nemalé prostriedky i na ohrev teplej vody. V tejto kombinácií je dôležité nainštalovať kvalitnú ekvitermickú reguláciu a neriadiť tepelné čerpadlo len termostatom.

Oplatí sa investovať do tepelného čerpadla? Vrátia sa vynaložené náklady?

Áno, oplatí sa investovať. Technologický pokrok mal za následok výrazné zlacnenie systémov, vďaka čomu sa návratnosť investície pri použití na rodinnom dome znížila na cca. 7-10 rokov. Pri využití v komerčných a priemyslových prevádzkach alebo pri nasadení v panelových a bytových domoch je návratnosť tepelného čerpadla rádovo niekoľko rokov. Vzhľadom ku každoročnému zdražovaniu energií o 5 a viacej % sa návratnosť tepelného čerpadla skracuje.

Nižšia teplota vykurovacieho telesa

Niektorí ľudia si sťažujú, že tepelné čerpadlo nevykuruje dostatočne. Tento pocit je spôsobený len tým, že vykurovacie teleso v miestnosti nemá povrchovú teplotu 60°C ale nižšiu a preto si ľudia myslia, že je v miestnosti zima, aj keď je na teplomere rovnakých 22°C ako v prípade vykurovacích telies s vysokou teplotou vody. Na tento pocit si po určitej dobe každý človek zvykne.

Doporučil by som ako vnútorný náter použiť ThermoShield Interieur, ktorý vytvára pohodovú klímu v miestnosti a udržuje konštantnú vlhkosť. Termokeramická membrána ThermoShield Interieur sa stará o rovnomerné rozloženie tepla v miestnosti. Teplotný rozdiel medzi podlahou a stropnou časťou tak môže robiť menej ako 2°C. Súčasne sa zabráni tvorbe kondenzátu na stenách a tvorbe pliesní. Môže sa tiež obmedziť vetranie, pri ktorom draho získané teplo doslova vyletí oknom.

Steny vybavené náterom ThermoShield Interieur vytvárajú veľký keramický povrch, a preto pôsobia behom studených mesiacov podobne ako kachlová piecka, ktorá vyžaruje svoje príjemné teplo do miestnosti. Keramické duté guličky, ktoré sú obsiahnuté v nátere ThermoShield, vedú teplo ako „minikachle“. Náter vďaka svojim vlastnostiam a značne zväčšenému povrchu stien rýchlo a dobre rozvádza sálavé teplo od tepelného zdroja do vzdialenejšieho povrchu stien a stropu. Kachle teraz omnoho rovnomernejšie „sálajú “ teplo do miestnosti. Súčasne sa „vytiahne“ nadmerná vlhkosť zo stien a predá sa do vzduchu. To je rozhodujúce pre izolačný efekt, lebo suché steny izolujú omnoho lepšie ako vlhké.

Tepelné čerpadlo má svoj prívod elektriny

Tepelné čerpadlo sa bežne napája na existujúci rozvod elektrickej energie (pokiaľ je dostačujúci, ak nie je, tak je nutné ho zvýšiť). Navyše všetci dodávatelia elektrickej energie ponúkajú špeciálne tarify pre tepelná čerpadla, pri ktorých je cena elektrické energie nižšia než u štandardných taríf. A na túto lacnejšiu energiu je napojený celý dom.

Výber správneho tepelného čerpadla je dôležitý

Inštalácia tepelného čerpadla do existujúceho systému je veľmi jednoduchá, ale výber správneho tepelného čerpadla je trochu zložitejší. Najprv je nutné vykonať zhodnotenie vykurovacej sústavy a výpočet tepelnej straty budovy. Na základe týchto informácií sa následne rozhodne ako veľké tepelné čerpadlo a s akou teplotou vykurovacej vody sa do domu nainštaluje. V 80% prípadov sa pri rekonštrukciách zistí, že nie je potreba dávať tepelné čerpadlo s vysokou teplotou vykurovacej vody, ktoré je rádovo drahšie o stovky EUR.

Autor: Peter Hofer