Tepelné čerpadlá sa v poslednom desaťročí stali jedným z najpopulárnejších zdrojov tepla a chladu v budovách. Používame súbory cookie, aby sme vám umožnili pohodlné prehliadanie webovej stránky a vďaka analýze neustále zlepšovali jej funkcie, výkon a použiteľnosť. V tomto článku sa podrobne pozrieme na to, ako fungujú tepelné čerpadlá vzduch-vzduch, aké sú ich výhody a nevýhody, a prečo sa stávajú čoraz populárnejšou alternatívou na trhu vykurovacích systémov.
Úvod do tepelných čerpadiel
Tepelné čerpadlá sa stávajú čoraz populárnejšou alternatívou k tradičným vykurovacím systémom. Sú šetrné k životnému prostrediu a dokážu výrazne znížiť náklady na vykurovanie a chladenie. Ich atraktivita spočíva v schopnosti využívať energiu z obnoviteľných zdrojov - zo vzduchu, vody alebo zeme - a premieňať ju na teplo s výrazne nižšími nákladmi než tradičné vykurovacie systémy. Tepelné čerpadlá vzduch-vzduch predstavujú flexibilné a všestranné riešenie pre moderné domácnosti. Ich kľúčovou výhodou je schopnosť efektívne fungovať v širokom rozsahu teplôt, a to bez potreby zložitej infraštruktúry. Na rozdiel od systémov využívajúcich geotermálnu energiu alebo vodu, tepelné čerpadlá vzduch-vzduch čerpajú teplo priamo zo vzduchu, čo zjednodušuje inštaláciu a znižuje investičné náklady. Či už ide o rodinný dom, byt alebo kanceláriu, tento typ tepelného čerpadla ponúka inteligentný spôsob, ako zabezpečiť optimálnu klímu po celý rok.
Princíp fungovania tepelného čerpadla vzduch-vzduch
Princíp fungovania tepelného čerpadla vzduch-vzduch je relatívne jednoduchý, no zároveň geniálny. Tepelné čerpadlá fungujú na princípe prenosu tepla z miesta s nízkou teplotou na miesto s vysokou teplotou. Na rozdiel od bežných ohrievačov, ktoré priamo generujú teplo, tepelné čerpadlá ho len "presúvajú". Využíva sa tu termodynamický cyklus, ktorý umožňuje prenos tepla z jedného prostredia do druhého. V praxi to znamená, že čerpadlo odoberá teplo z vonkajšieho vzduchu (aj pri nízkych teplotách) a prenáša ho do interiéru, kde ho využíva na vykurovanie. V lete proces funguje opačne - odoberá teplo z interiéru a odvádza ho von, čím zabezpečuje chladenie.
Tepelné čerpadlo pracuje na podobnom princípe ako chladnička, len v opačnom smere. V chladničke je zima a za chladničkou je teplo. U tepelného čerpadla je jedna jednotka v dome a jedna jednotka vonku. V zime sa vonkajšia jednotka chladí pomocou kompresora a okolitý, hoci chladný vzduch, jednotku ohrieva. Toto teplo sa odovzdáva do vnútornej jednotky (v podstate chladničky zapojenej naopak).
Termodynamický obeh tepelného čerpadla môžeme rozdeliť do 4 krokov od počiatočného bodu chladiva vo výparníku až k jeho konečnému bodu vo výparníku, ktoré sú totožné. Tento cyklus je tvorený troma nasledovnými dejmi: kompresia, skvapalňovanie a vyparovanie pracovnej látky - chladiva. Najčastejšie používané sú R32 ako alternatíva k R410A.
Prečítajte si tiež: Využitie tepelných čerpadiel
Kľúčové komponenty a proces
- Vonkajšia jednotka: Obsahuje ventilátor, výparník a kompresor. Ventilátor nasáva vonkajší vzduch a vedie ho k výparníku. Monoblok je tepelné čerpadlo, ktoré má uzavretý chladivový okruh a ten sa nachádza iba vo vonkajšej jednotke. Splitchladiaci okruh tepelného čerpadla sa inštaluje a plní chladivom až v mieste inštalácie. Prepojenie medzi vonkajšou a vnútornou časťou tepelného čerpadla je pomocou chladivového potrubia (izolovaná meď).
- Výparník: Do výparníka sa privádza okolitým vzduchom nízkopotenciálne teplo. Privedené teplo spôsobuje vyparovanie chladiva, pary chladiva sa stávajú nositeľom tepelnej energie a tú prenášajú do kompresora. Vzduch, ktorého prúdenie cez výparník zaisťuje ventilátor sa pritom ochladí. V ňom sa nachádza chladivo, ktoré pri kontakte so vzduchom odoberá z neho teplo a mení sa na plynné skupenstvo.
- Kompresor: Nasáva pary z výparníka, stláča ich, a vytláča do kondenzátora. Stláča plynné chladivo, čím zvyšuje jeho teplotu a tlak.
- Vnútorná jednotka: Energia privedená do kondenzátora parami chladiva z výparníka a kompresora sa prenáša do cirkulujúceho vykurovacieho média (sekundárny okruh TČ). Obsahuje kondenzátor a ventilátor. Horúce chladivo prúdi do kondenzátora, kde odovzdáva teplo vzduchu, ktorý následne ventilátor rozfukuje do miestnosti. Chladivo sa pritom mení späť na kvapalné skupenstvo a cyklus sa opakuje. Tento typ tepelného čerpadla je ľudovo nazývaný aj „klimatizácia“ odoberá tepelné energiu z okolitého vzduchu. Interiér potom ohrievajú/chladia prúdením teplého/studeného vzduchu priamo z vnútornej jednotky.
- Expanzný ventil: Znižuje tlak a teplotu kvapalného média, čím ho pripravuje na opätovné absorbovanie tepla vo výparníku.
Stručne povedané, tepelné čerpadlo vzduch-vzduch funguje ako "obrátená klimatizácia". Namiesto ochladzovania vzduchu ho ohrieva (v zime) alebo ochladzuje (v lete).
Splitové a multisplitové zapojenie
Tepelné čerpadlá vzduch-vzduch ponúkajú flexibilné možnosti zapojenia. Je možné zapojiť jednu vnútornú jednotku na jednu vonkajšiu kondenzačnú jednotku. V tomto prípade ide o splitové zapojenie. V prípade, ak máte viacero miestností je ideálne riešenie zvoliť multisplitový systém. V takom prípade sa na jednu vonkajšiu jednotku napojí viacero vnútorných jednotiek, ktoré môžu byť rôzneho výkonu a typu.
Typy tepelných čerpadiel
Tepelné čerpadlá sa delia podľa zdroja tepla a spôsobu odovzdávania tepla do vykurovacieho systému. Medzi najbežnejšie typy patria:
- Tepelné čerpadlá vzduch-vzduch: Pracujú na rovnakom princípe ako klimatizácie. Zdrojom energie je vonkajší vzduch, z ktorého dokáže tepelné čerpadlo využívať energiu aj pri extrémnych teplotách. Následne túto energiu distribuuje pomocou vnútornej jednotky, ktorá vyfukuje teplý vzduch do objektu.
- Tepelné čerpadlá vzduch-voda: Ide o najrozšírenejší typ. Zdrojom energie je vonkajší vzduch, z ktorého dokáže tepelné čerpadlo využívať energiu aj pri extrémnych teplotách. Následne túto energiu využíva na ohrev vody vo vykurovacom systéme, respektíve plní zásobník teplou vodou. Tepelné čerpadlá typu vzduch-voda využívajú vonkajší vzduch. Nie sú nutné výkopové práce pre plošný zemný kolektor a vŕtanie studní. Tepelné čerpadlo tohto typu je možné inštalovať prakticky na akúkoľvek stavbu a to veľmi jednoducho.
- Tepelné čerpadlá zem-voda: Získava teplo zo zeme ako primárny zdroj energie. Následne túto energiu využíva na ohrev vody vo vykurovacom systéme, respektíve plní zásobník teplou vodou. Zdrojom tepla v týchto tepelných čerpadlách je energia, ktorá je obsiahnutá v zemi. Tepelné čerpadlo zem-voda pracuje rovnako ako vyššie uvedené typy, ale vonkajšia jednotka (register) je uložená v zemi. Je potrebný pomerne veľký pozemok, kde sa tento register zabuduje.
- Tepelné čerpadlá voda-voda: Využívajú na ohrev tepla z podzemnej vody. Tepelné čerpadlo odoberajúce teplo zo spodnej alebo geotermálnej vody. Ďalšou možnosťou je inštalácia tepelného čerpadla voda-voda, kde sa využíva pre ohrev vonkajšej jednotky vodu v studni, kde je teplota takmer rovnaká aj v najväčších mrazoch. Princíp fungovania tepelného čerpadla je rovnaký.
Výhody a nevýhody tepelných čerpadiel vzduch-vzduch
Tepelné čerpadlá vzduch-vzduch prinášajú niekoľko výhod, ktoré ich robia vhodnými pre rôzne typy priestorov. Vďaka nižšej cene, jednoduchej montáži a dvojitej funkcii vykurovania a chladenia sa toto zariadenie stáva stále populárnejšou alternatívou na trhu. Avšak, majú aj svoje obmedzenia.
Výhody
- Vysoká účinnosť: Vykurovací faktor (COP) udáva pomer medzi vyrobeným teplom a spotrebovanou elektrickou energiou. Moderné tepelné čerpadlá vzduch-vzduch dosahujú COP hodnoty aj nad 4, čo znamená, že z 1 kWh elektrickej energie dokážu vyrobiť viac ako 4 kWh tepla. Pomer výstupného tepelného výkonu k energetickému príkonu na vstupe vyjadruje COP (Coefficient Of Performance). Do slovenčiny ho možno preložiť ako výkonové číslo. Niekedy sa používa aj termín vykurovací faktor. COP vyjadruje hlavnú výhodu tepelného čerpadla oproti iným technológiám používaným na výrobu tepla. COP udáva každý výrobca v produktovom prospekte. Nemožno ho porovnávať bez znalosti podmienok jeho určenia, je to totiž len jeden bod na skutočnej prevádzkovej charakteristike zariadenia. Napríklad to isté čerpadlo v režime teplôt A7 (teplota primárneho média 7 °C) /W35 (teplota výstupnej vykurovacej vody 35 °C) môže mať COP 3,90. Pomer medzi elektrickou energiu a vykurovacou energiou sa nazýva vykurovací faktor tepelného čerpadla. Hodnota vykurovacieho faktora sa pohybuje od 2,7 - 5, podľa toho v akých podmienkach tepelné čerpadlo pracuje.
- Dvojaké využitie: Vykurovanie v zime a chladenie v lete v jednom zariadení. Túžite po príjemnej teplote vo vašom domove po celý rok? Tepelné čerpadlá vzduch-vzduch zabezpečujú nielen účinné vykurovanie v zimných mesiacoch, ale aj príjemné chladenie v horúcich letných dňoch. Tepelné čerpadlo je zariadenie, ktoré slúži pre vytvorenie tepelnej pohody v miestnosti.
- Relatívne nízke investičné náklady: V porovnaní s inými typmi tepelných čerpadiel (napr. zem-voda) sú investičné náklady na tepelné čerpadlo vzduch-vzduch nižšie, keďže si nevyžadujú rozsiahle zemné práce. Cena tepelných čerpadiel vzduch-vzduch závisí od veľkosti a výkonu systému, no vo všeobecnosti sa pohybuje v rozmedzí 2 000 až 5 000 eur, vrátane inštalácie. V porovnaní s nákladmi na tradičné vykurovanie, ako je elektrické alebo plynové vykurovanie, môže toto čerpadlo priniesť značné úspory.
- Jednoduchá inštalácia: Montáž tepelného čerpadla vzduch-vzduch je v porovnaní s inými typmi tepelných čerpadiel menej náročná a časovo úsporná. Zahŕňa inštaláciu vonkajšej jednotky, ktorá odoberá teplo z okolia, a vnútorných jednotiek, ktoré sú umiestnené v priestore, kde chceme udržiavať optimálnu teplotu. Inštalácia je zvyčajne rýchla a nenáročná.
- Ekologické riešenie: Využívaním obnoviteľnej energie z okolitého vzduchu prispievajú k znižovaniu emisií CO2. Tepelné čerpadlo je k životnému prostrediu oveľa ohľaduplnejší než iné zdroje tepla, je ekologickejšie.
- Možnosť zónovej regulácie: Umožňujú vykurovanie alebo chladenie jednotlivých miestností podľa potreby.
- Úspory energie: Úspory energie v porovnaní s tradičnými systémami dosahujú 30-60 %. Tepelné čerpadlo energiu nevyrába, len prečerpáva na vyššiu teplotnú úroveň, pri spotrebe určitého množstva elektrickej energie. Prečerpanú energiu získava takmer zadarmo. Pri vhodných podmienkach dokáže ušetriť 50 až 80 percent nákladov na vykurovanie.
Nevýhody
- Znížená účinnosť pri extrémne nízkych teplotách: Pri veľmi nízkych vonkajších teplotách (pod -15°C) môže účinnosť čerpadla klesať a môže byť potrebný dodatočný zdroj tepla. Nevýhodou je závislosť od vonkajšej teploty, pretože efektívnosť systému môže klesať pri extrémne nízkych teplotách. Pri príliš nízkych vonkajších teplotách stráca klasické tepelné čerpadlo vzduch-voda svoju účinnosť. Pri poklese teplôt pod túto hranicu (-25°C) opäť klesá efektivita tepelného čerpadla. Účinnosť tepelných čerpadiel vzduch-voda klesá pri nízkych vonkajších teplotách.
- Vyššie obstarávacie náklady: Nutnosť inštalácie: Tepelné čerpadlá musia inštalovať odborníci.
- Závislosť od elektrickej energie: Tepelné čerpadlo energiu nevyrába, len prečerpáva na vyššiu teplotnú úroveň, pri spotrebe určitého množstva elektrickej energie.
Údržba a inštalácia
Údržba tepelných čerpadiel vzduch-vzduch zahŕňa pravidelné čistenie filtrov a kontrolu systému, aby bola zaistená efektívna prevádzka. Montáž, servis a údržbu zariadení s obsahom „chladiva“ môže vykonávať iba certifikovaná osoba (overiť certifikáciu montážnej firmy, resp. Údržba sa riadi podľa vyhlášky MPSVR SR č. 508/2009 Z. z.
Prečítajte si tiež: Výhody Tepelných Čerpadiel Austria Email
Porovnanie s inými vykurovacími systémami
Tepelné čerpadlá vzduch-vzduch sú najčastejšie porovnávané so systémami vzduch-voda a zem-voda. Hlavným rozdielom je, že tepelné čerpadlá vzduch-voda sú určené na ohrev vody a môžu zásobovať celý dom vrátane podlahového kúrenia, zatiaľ čo vzduch-vzduch je ideálny pre vykurovanie vzduchu v jednej alebo viacerých miestnostiach.
Rekuperácia a riadené vetranie
Riadená ventilácia je výraz v poslednej dobe nadmieru skloňovaný. Dôvodom je výstavba vysoko vzduchotesných domov s minimálnou spotrebou energie na vykurovanie, teda nízkoenergetických, pasívnych a podobných stavieb. Dostať do interiéru týchto objektov čerstvý vzduch a udržať hladinu CO2 na zdravotne bezpečnej úrovni možno teda iba pravidelným vetraním, ktoré by v ideálnom prípade malo prebiehať priemerne každú jednu hodinu na tri až päť minút. Riešením je automatická vetracia jednotka. Možno pritom zvoliť či už investične menej zaťažujúci variant - čisto vetracie zariadenie -, tak prevádzkovo úspornejšie rekuperáciu. Druhá spomínaná disponuje pridanou hodnotou v podobe prenosu tepla z odvádzaného vzduchu k tomu privádzanému.
Rôzne rekuperačné jednotky sa potom líšia účinnosťou, pričom tie najefektívnejšie dosahujú stupňa spätného získavania tepla aj napriek 90%. Ak sa pre riadené vetranie rozhodnete, je dôležité, aby bolo vybrané zariadenie správne dimenzované. Čím väčší je vetraný priestor a čím viac osôb sa v ňom obvykle nachádza, tým výkonnejšiu vetraciu jednotku je potrebné voliť. Pri výbere vám bude nápomocný aj parameter "objemový tok vzduchu", ktorý výrobcovia uvádzajú v technickom popise. Napríklad obytnú plochu o veľkosti cca 200 m² možno obslúžiť centrálnou rekuperačnou jednotkou s objemovým tokom vzduchu asi 300 - 400 m³ / h. Pre vetranie jednotlivých miestností o priemernej veľkosti 20 - 30 m² potom postačí decentrálne rekuperačné zariadenia s objemovým tokom vzduchu cca 55 m³ / h.
Ako funguje centrálne rekuperačné zariadenie?
Popíšeme si centrálne rekuperačné zariadenia, ktorých inštalácia zahŕňa, okrem vlastnej technológie, tiež montáž potrubných rozvodov. V obývacej izbe a spálňach sú zvyčajne umiestnené výustky pre prívod čerstvého vzduchu zvonku (na podlahe, stene či strope), v kúpeľniach a na toalete sú situované otvory s odťahovými ventilmi pre odvod spotrebovaného vzduchu (vďaka tomu je tu priaznivo regulovaná aj hladina vlhkosti). Ostatné miestnosti, ktoré sa nachádzajú medzi týmito hlavnými úžitkovými priestormi, takzvané prepúšťacie zóny, sú prevetrávané vďaka prúdeniu vzduchu z privetrávanej zóny do odvetrávanej. Stupeň spätného zisku tepla je v prípade centrálnych jednotiek vyšší ako u lokálnych zariadení. Prechod tepla od spotrebovaného vzduchu k privádzanému pritom prebieha cez vstavaný tepelný výmenník, kde teplý odchádzajúci vzduch odovzdá svoje teplo skrz teplovýmennú membránu prichádzajúcemu vzduchu zvonku, bez toho aby sa premiešali. Čerstvý vzduch je najskôr privádzaný priechodkou vonkajšou obvodovou stenou k filtru, kde dôjde k jeho prečisteniu (je pritom možné aplikovať napríklad peľový filter, ktoré výrazne uľahčuje život alergikom). Následne sa vo výmenníku tepla ohreje od odchádzajúceho odpadového vzduchu a potom prúdi do interiéru. V lete to funguje rovnako, len opačne: vnútorný odchádzajúci vzduch chladí ten prichádzajúci zvonku. Ak v lete nie je spätný zisk tepla žiaduci, možno túto funkciu vypnúť. V takom prípade sa uzavrie tzv. obtoková klapka a vzduch zvonku postupuje okruhom mimo výmenník (letné bypass).
Vylepšenou verziou klasickej rekuperácie, ktorá je nazývaná ako pasívna, je možné označiť jednotky, ktoré nielenže ohrievajú čerstvý vzduch teplom zo vzduchu odpadového, ale k tomu ho ešte prihrievajú. Na trhu existujú riešenia riadeného núteného vetrania s elektrickou špirálou alebo systémami fungujúcimi na princípe tepelného čerpadla. Výhoda tohto druhého typu spočíva v skutočnosti, že rekuperácia môže nielen v zime prikurovať, ale aj v lete ľahko zachladiť. V zime je odpadový vzduch hnaný cez výparník, kde je z neho odobratá tepelná energia. Teplonosná látka sa vyparuje do potrubia, kde ju kompresor stlačí, čím zvýši jej teplotu. Látka potom putuje do kondenzátora, kde je ochladená a tak zmení svoju podobu späť na tekutú. Touto cyklicky prebiehajúcou kondenzáciou je vzniknuté teplo odovzdané privádzanému vzduchu zvonku.
Prečítajte si tiež: Samsung 12kW - parametre vnútornej jednotky
Pokiaľ z akéhokoľvek dôvodu nechcete alebo nemôžete pristúpiť k inštalácii centrálnych vzduchotechnických rozvodov, môžete problém riešiť lokálne a len tam, kde je to relevantné, teda v miestnostiach, kde potrebujete pravidelne vetrať ako napríklad v spálňach počas spánku. Reč je o kompaktných rekuperačných jednotkách s jednoduchou inštaláciou bez rozvodov, ktoré sa umiestňujú v obvodových múroch domu, v ktorých je prerazený jediný otvor. Rekuperácia je vhodná nielen do novostavieb, ale tiež do rekonštruovaných objektov.
Riadené vetracej jednotky, či už s rekuperáciou alebo bez nej, sú prínosom nielen po stránke funkčnej a zdravotnej, ale aj bezpečnostnej. Otvorené okná v čase, keď sa v objekte nikto nenachádza alebo jeho užívatelia spia, môžu totiž znamenať riziko vlámania. Obavy by nemala vyvolávať ani spotreba elektrickej energie.
Kvalita vzduchu a vplyv na zdravie
Dnešná doba i životný štýl nás nútia tráviť množstvo nášho času v budovách (byt, práca, obchody, telocvičňa) a môže to byť i viac ako 80% z celého dňa. Mikroklíma vnútorného priestoru má pritom výrazný vplyv na naše zdravie a psychickú kondíciu. Zdrojom vysokej koncentrácie CO2 ale i iných organických látok v budove je pritom sám človek a jeho činnosti. Človek prirodzene spotrebováva čerstvý vzduch a úmerne tomu rastie i koncentrácia znečisťujúcich látok, hlavne CO2. Meraním CO2 sa tak dá ľahko určiť miera znečistenia vzduchu. Samotný oxid uhličitý (CO2) v malých množstvách nie je bezprostredne škodlivý, to sa však postupne mení pri jeho vyšších koncentráciách. V dnešnej dobe sú budovy stavané s dôrazom na maximálnu tesnosť a energetickú efektivitu. Hoci to šetrí náklady na kúrenie, znamená to, že prirodzená výmena vzduchu je minimálna.
Vzduchotechnika a s ňou spojená rekuperácia rieši tento problém systémovým a inteligentným spôsobom. Hlavným benefitom je spätné získavanie tepla (rekuperácia). Princíp je jednoduchý a zároveň vysoko efektívny. Vo vašej domácnosti je nainštalovaná centrálna rekuperačná jednotka, ktorá neustále monitoruje a vymieňa vzduch. Z nej sú prostredníctvom rozdeľovacích boxov smerované vzduchotechnické rozvody do každej miestnosti. - Vzduchotechnické rozvody sú o niečo väčšie ako rozvody vody alebo vykurovania a je preto potrebné na ne myslieť už pri návrhu.
tags: #je #tepelne #cerpadlo #vzduchotecnika