Tepelné čerpadlá sa stávajú čoraz obľúbenejším riešením pre efektívne vykurovanie, chladenie a prípravu teplej vody v domácnostiach. Využívajú energiu z okolitého prostredia - vzduchu, zeme alebo podzemnej vody - a pomocou moderných technológií ju premieňajú na teplo, ktoré je možné využiť na vykurovanie, chladenie alebo ohrev vody. Ide o úspornú technológiu, ktorá primárne využíva alternatívne zdroje energie a zabezpečuje tepelnú pohodu a vysokú energetickú úsporu pri nízkej produkcii CO2.
Ako funguje tepelné čerpadlo?
Tepelné čerpadlo funguje podobne ako chladnička, ale v obrátenom režime. Jeho hlavné časti sú:
- Výparník (na vonkajšej jednotke)
- Kompresor
- Kondenzátor (na vnútornej jednotke)
Chladivo, ktoré cirkuluje v tepelnom čerpadle, získava teplo z okolitého vzduchu, zeme alebo vody, v závislosti od typu tepelného čerpadla. Následne začne vo výparníku vrieť. Kompresor nasaje chladivo v plynnom skupenstve, kde sa stlačí na vysoký tlak a teplotu. Potom horúce chladivo prúdi do kondenzátora, kde sa kondenzačné teplo odovzdá do vykurovacieho systému.
Princíp fungovania je založený na skutočnosti, že množstvo energie vo vonkajšom prostredí je prakticky nevyčerpateľné, aj keď nemá vždy želanú teplotu.
Princíp fungovania tepelných čerpadiel: Vo výparníku dochádza k prenosu energie z primárneho média (vzduchu, zeme alebo vody) do chladiva. Chladivo prechádza do plynného stavu dôsledkom zvýšenej teploty a prechádza do kompresoru, kde sa stláča a tým sa zvyšuje jeho teplota. Následne sa s ním môže vykurovať alebo zohrievať teplá úžitková voda. Nasledujúcou časťou je kondenzátor, kde sa chladivo ochladí a opäť prejde do kvapalného stavu.
Prečítajte si tiež: Typy klimatizácií Sinclair
Typy tepelných čerpadiel
Existujú rôzne typy tepelných čerpadiel, ktoré využívajú rôzne zdroje tepla:
- Tepelné čerpadlo vzduch-voda: Odoberá teplo priamo z vonkajšieho vzduchu a využíva ho na ohrev vody vo vykurovacom systéme alebo v zásobníku na teplú vodu. Na trhu sa stretávame s dvoma hlavnými typmi tohto zariadenia - monoblok a split.
- Tepelné čerpadlo typu monoblok: Vyrába a montuje sa ako jeden celok v továrni.
- Tepelné čerpadlo typu split: Komponenty chladiaceho systému sú rozdelené medzi vonkajšiu a vnútornú jednotku.
- Tepelné čerpadlo vzduch-vzduch: Funguje na princípe klasickej klimatizácie. Okrem chladenia môže pracovať aj obrátene na účely vykurovania. Je cenovo výhodné a vhodné najmä do starších domov, ktoré si vyžadujú zložitú a nákladnú rekonštrukciu.
- Tepelné čerpadlo zem-voda: Získava teplo zo zeme vo vrte alebo zo záhrady, kde sú uložené plastové hadice naplnené nemrznúcou zmesou. Tento typ tepelného čerpadla prináša úsporu elektriny až o 30% v porovnaní so vzduchovými tepelnými čerpadlami. Funguje pomocou hermeticky uzavretého chladiaceho okruhu s kompresorom, ktorý dokáže využiť nízkopotenciálnu energiu uloženú v horninách.
- Zemný plošný kolektor: Funguje ako akumulátor tepla, získava teplo zo slnka počas teplejších mesiacov a ukladá ho v pôde. Pri využití plošného kolektora sa počíta, že potrebujete približne 1,5 až 2-násobok plochy obytnej časti domu. Nevýhodou je, že na mieste, kde sú kolektory umiestnené, už nie je možné kopať alebo budovať hlbšie základy.
- Zemný vrt (sonda): Využíva hlbinné teplo, ktoré je stabilnejšie po celý rok. Hĺbka vrtu je zvyčajne medzi 80 a 130 metrami a má priemer okolo 175 mm.
- Tepelné čerpadlo voda-voda: Získava teplo zo studne alebo z tepelného vrtu. Voda je čerpaná zo studne do výmenníka a po ochladení sa vracia späť do zeme. Vyžaduje studňu na odber vody a vsakovaciu studňu, kam sa voda po využití vracia.
- Čerpanie povrchovej vody: Tepelné čerpadlá, ktoré využívajú povrchovú vodu, sú závislé od sezónnych zmien teploty vody.
Kompresor: Srdce tepelného čerpadla
Kompresor je kľúčovou súčasťou tepelného čerpadla. Jeho úlohou je stlačiť chladivo v plynnom skupenstve, čím sa zvýši jeho teplota a tlak. Toto horúce chladivo potom prúdi do kondenzátora, kde odovzdáva teplo do vykurovacieho systému.
Faktory ovplyvňujúce výber tepelného čerpadla
Pri výbere tepelného čerpadla je potrebné zvážiť niekoľko faktorov:
- Typ tepelného čerpadla: Existujú 3 druhy tepelných čerpadiel, ktoré sú podrobnejšie popísané vyššie v článku.
- Výkon tepelného čerpadla: Musí zodpovedať tepelným stratám budovy a byť schopné poskytnúť dostatočné množstvo tepla počas najchladnejších dní v roku.
- Účinnosť tepelného čerpadla: Meria sa pomocou koeficientu výkonu (COP) a sezónneho koeficientu výkonu (SCOP). COP označuje výkonový koeficient tepelného čerpadla. Tento koeficient udáva, koľkokrát viac tepelnej energie dokáže tepelné čerpadlo vyrobiť, než koľko energie spotrebuje na svoju prevádzku. SCOP je sezónna hodnota efektivity, ktorá zohľadňuje výkyvy v prevádzkových podmienkach počas celého roka.
- Možnosť chladenia: Ak plánujete využívať tepelné čerpadlo aj na chladenie, zamerajte sa na modely, ktoré podporujú túto funkciu.
- Dostupnosť inštalačného priestoru: Pre systémy zem-voda je potrebné zvážiť veľkosť a typ pozemku, pretože inštalácia plošného kolektora alebo vrtov zaberá priestor.
- Náklady na inštaláciu a prevádzku: Počiatočné náklady na inštaláciu sa líšia v závislosti od typu, no dôležitým faktorom sú aj prevádzkové náklady.
- Kompatibilita s existujúcim systémom: Ak už máte inštalovaný vykurovací systém, mali by ste zvážiť, či je kompatibilný s tepelným čerpadlom.
Chladenie s tepelným čerpadlom
Tepelné čerpadlo je pre plošné sálavé systémy chladenia a pre vykurovanie ideálnym zdrojom energie. Pri použití veľkoplošného systému dokáže čerpadlo dosiahnuť vysokú účinnosť a chladiť veľmi úsporne. Vo všeobecnosti platí, že to, či bude tepelné čerpadlo kúriť, alebo chladiť, určuje smer prečerpávania energie medzi interiérom a exteriérom. Tepelné čerpadlo takmer vždy chladiť dokáže, na rozdiel od čisto vykurovacej prevádzky je však možné, že jeho zapojenie bude pre potreby chladenia upraviť alebo doplniť.
Existujú dva spôsoby chladenia:
Prečítajte si tiež: Vzduchový filtr pro Scheppach HC 30
- Pasívne chladenie: Je využiteľné len pri tepelných čerpadlách typu voda-voda a zem-voda. Využíva nízke teploty zeme alebo podzemnej vody, ktoré sú cez výmenník tepla prenesené do vykurovacieho systému. Počas tohto procesu nie je kompresor tepelného čerpadla aktívny. Chladiaca voda odoberá teplo z interiéru a následne ho odovzdáva smerom von (napríklad do zeme alebo do podzemnej vody).
- Aktívne chladenie: Je možné u všetkých typov tepelných čerpadiel. Pri aktívnom chladení sa kompresor tepelného čerpadla zapne a funguje podobne ako klimatizácia. Nežiaduce teplo z interiéru odvádza do vonkajšieho prostredia s aktívnou pomocou kompresora v tepelnom čerpadle - spravidla vo variante vzduch - voda.
Najčastejšie aplikovaný typ vzduch - voda, či už split, alebo monoblok, vie vyrobiť chladiacu vodu v tzv. reverznom (obrátenom) režime prevádzky.
Dôležité upozornenie: Teplota obehovej kvapaliny nesmie klesnúť pod teplotu rosného bodu, inak hrozí vznik kondenzátu, ktorý môže napáchať veľké škody.
Vplyv klimatických podmienok na efektivitu tepelného čerpadla
Efektivita tepelných čerpadiel v zime môže klesať v prípade extrémnych mrazov, keď systém potrebuje viac elektriny na udržanie tepla. Tepelné čerpadlo tak počas celého roka funguje v závislosti od klimatických podmienok, pričom jeho výkon a efektivita sa menia v súlade s vonkajšími teplotami.
V zimnom období môžu tepelné čerpadlá vzduch-voda potrebovať odmrazovanie výparníka, keďže kondenzácia vlhkosti na studenom povrchu vytvára námrazu. S klesajúcimi vonkajšími teplotami sa efektivita tepelného čerpadla znižuje, čím sa znižuje aj koeficient výkonnosti (COP).
V lete sa COP (koeficient výkonnosti) zvyšuje, pretože vonkajšie teploty sú vyššie a tepelné čerpadlo nemusí toľko „bojovať“ proti nízkym teplotám.
Prečítajte si tiež: Použitie filtrov stlačeného vzduchu
Trendy a budúcnosť tepelných čerpadiel
Dopyt po tepelných čerpadlách na Slovensku a v Európe posledné roky rastie. Očakáva sa, že ich počet do roku 2030 narastie zhruba na 1,2 milióna. V Európe dominuje najmä predaj tepelných čerpadiel typu vzduch-vzduch a vzduch-voda. Na Slovensku rastie záujem najmä o tepelné čerpadlá vzduch-voda.
Cieľom Európskej únie je do roku 2030 zvýšiť podiel obnoviteľnej energie zo 40% na 45%, pričom na energetickú efektívnosť a tepelné čerpadlá je určených až 56 biliónov eur. Vďaka štátnym dotáciám by si malo tepelné čerpadlo nainštalovať ďalších takmer 5000 domácností. Mnohé si ich volia ako vhodnú alternatívu najmä do nových rodinných domov.