Tepelné čerpadlo je moderný, ekologický a vysoko efektívny zdroj tepla, ktorý si získava čoraz väčšiu popularitu. Ide o úspornú technológiu, ktorá primárne využíva alternatívne zdroje energie ako vzduch, vodu, zem alebo odpadové teplo. Tepelné čerpadlá sa využívajú na vykurovanie, ohrev teplej úžitkovej vody a dokonca aj na chladenie. V kombinácii s vhodnými distribučnými elementmi tepla dokážu zabezpečiť tepelnú pohodu a vysokú energetickú úsporu, pričom ich prevádzka produkuje nízke množstvo CO2.
Princíp fungovania tepelného čerpadla
Tepelné čerpadlo funguje na podobnom princípe ako chladnička, avšak v obrátenom režime. Jeho hlavnými časťami sú výparník (umiestnený na vonkajšej jednotke), kompresor a kondenzátor (na vnútornej jednotke). Chladivo, ktoré cirkuluje v systéme, získava teplo z okolitého prostredia (vzduchu, zeme alebo vody), v závislosti od typu čerpadla. Vo výparníku sa chladivo začne vyparovať. Kompresor následne nasaje plynné chladivo, stlačí ho na vysoký tlak a tým zvýši jeho teplotu. Horúce chladivo prúdi do kondenzátora, kde odovzdáva teplo do vykurovacieho systému.
Princíp fungovania tepelného čerpadla je založený na skutočnosti, že množstvo energie vo vonkajšom prostredí je prakticky nevyčerpateľné, aj keď nemá vždy ideálnu teplotu. Tepelné čerpadlo dokáže odoberať teplo aj zo vzduchu s teplotou -20°C, hoci s nižšou efektivitou.
Aby sme pochopili princíp fungovania tepelných čerpadiel, je dôležité si uvedomiť, že ide o technickú aplikáciu dvoch dôležitých prírodných javov.
- Zmena teploty premeny skupenstva: Teplotu varu a kondenzácie látok je možné regulovať pomocou zmeny tlaku.
- Tepelné správanie sa látok pri zmene skupenstva: Pri prechode látky z kvapalného do plynného stavu je potrebné dodať energiu.
Tepelné čerpadlo je cyklicky pracujúci tepelný stroj, kde celý proces prebieha v uzavretom okruhu a všetky deje sa periodicky opakujú. Teplonosné médium (látka, ktorá prenáša teplo) prúdi v kvapalnom stave k zdroju tepla. V mieste, kde chceme získavať teplo, náhle znížime tlak média, čo spôsobí, že teplota vyparovania média klesne pod teplotu zdroja energie a médium sa vyparí. Pri vyparovaní médium odoberá teplo z okolia a akumuluje ho v sebe. Následne je médium v plynnom stave aj s naakumulovanou energiou vedené k miestu, kde túto energiu chceme zužitkovať. V danom mieste teraz náhle zvýšime tlak, čo spôsobí, že teplota kondenzácie média narastie nad teplotu v zásobníku vody a médium začne kondenzovať. Pri kondenzácií je teplo, ktoré sa v médiu naakumulovalo pri vyparení, odovzdávané do vody v zásobníku. Odovzdané teplo spôsobí nárast teploty okolia a zohrejeme vodu, ktorou potom môžeme napríklad vykurovať.
Prečítajte si tiež: Typy tepelných čerpadiel
Typy tepelných čerpadiel
Existuje niekoľko typov tepelných čerpadiel, ktoré sa líšia zdrojom tepla:
- Vzduch - Voda: Najrozšírenejší typ, ktorý odoberá teplo z vonkajšieho vzduchu a využíva ho na ohrev vody vo vykurovacom systéme alebo v zásobníku na teplú vodu. Z hľadiska jednoduchosti inštalácie, dostupnosti zdroja a investičných nákladov sa práve tepelné čerpadlá vzduch - voda javia ako najvýhodnejšie riešenie.
- Vzduch - Vzduch: Funguje na princípe klasickej klimatizácie a okrem chladenia môže pracovať aj obrátene na účely vykurovania. Tento typ je cenovo výhodný a vhodný najmä do starších domov, ktoré si vyžadujú zložitú a nákladnú rekonštrukciu.
- Zem - Voda: Získava teplo zo zeme vo vrte alebo zo záhrady, kde sú uložené plastové hadice naplnené nemrznúcou zmesou. Tento typ prináša úsporu elektriny až o 30% v porovnaní so vzduchovými tepelnými čerpadlami.
- 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. Slovensko má mimoriadne vhodné podmienky pre využitie tohto typu čerpadla na väčšine nášho územia.
Vykurovací faktor (COP)
Vykurovací faktor (COP - Coefficient of Performance) udáva, ako efektívne (úsporne) tepelné čerpadlo pracuje. Je to pomer medzi vyrobeným teplom a spotrebovanou elektrickou energiou. Čím vyšší je vykurovací faktor, tým je prevádzka tepelného čerpadla lacnejšia. Rôzne typy tepelných čerpadiel majú rôzne hodnoty COP. Vykurovací faktor tepelného čerpadla zem/voda je počas celého roku vysoký, zatiaľ čo pri tepelnom čerpadle vzduch/voda značne kolíše v závislosti od vonkajšej teploty.
Z princípu tepelného čerpadla vyplýva, že čím je menší rozdiel medzi teplotou prostredia, z ktorej energiu získavame, a teplotou vykurovacej vody, tým lacnejšie tepelné čerpadlo kúri. To znamená, že najnižšie prevádzkové náklady bude mať tepelné čerpadlo zem/voda pripojené k podlahovému kúreniu a najvyššie tepelné čerpadlo vzduch/voda pripojené k radiátorom.
Tepelné čerpadlo voda-voda
Tepelné čerpadlá voda-voda odoberajú nízkopotenciálne teplo z podzemnej vody a odovzdávajú ho vykurovacej látke. Voda z vodného zdroja prichádza cez primárny okruh do kontaktu s chladiacou kvapalinou, ktorá si odoberie teplo z vody a odparí sa. Následne kompresor stlačí pary chladiva a zvýši ich teplotu. Teplo získané chladivom z podzemnej vody je použité na ohrev vykurovacej vody.
Pre správnu funkciu je dôležitá dostatočná teplota vody a výdatnosť studne. Podzemná voda si udržiava stabilnú teplotu počas celého roka (cca 8-14 °C), čo zabezpečuje vysokú účinnosť čerpadla.
Prečítajte si tiež: Možnosti využitia tepelných čerpadiel
Veľkou výhodou čerpadiel voda-voda je ich vysoká efektivita - koeficient výkonu COP sa pohybuje okolo čísla 6,5 až 7,3, čo je podstatne vyššie, než v prípade čerpadiel vzduch-voda a zem-voda, kde sú bežné hodnoty okolo čísla 4-5 v závislosti na modeloch. To znamená, že na 1 jednotku energie spotrebovanej výmenníkom a kompresorom získa tepelné čerpadlo voda-voda cca 6-7 jednotiek lacnej energie na vykurovanie alebo chladenie. Druhou výhodou sú relatívne nízke náklady na inštaláciu, keďže výkopové práce sú síce nutné, no nie sú až také komplikované, ako pri čerpadlách zem-voda. Tieto čerpadlá oplývajú aj mimoriadne stabilným výkonom - pri správnej konštrukcii sa teplota vodného zdroja nemení, takže vykurovanie je rovnako účinné aj pri veľmi nízkych mrazivých teplotách.
Medzi nevýhody patrí nutnosť správnej lokality s vhodným vodným zdrojom (stála teplota a výdatnosť vrtu). Taktiež sa posudzuje vhodné chemické zloženie vody, aby nedošlo k poškodeniu systému.
Tepelné čerpadlá vzduch/voda
Tepelné čerpadlá vzduch/voda sú v SR vôbec najčastejšie a sú vhodné do novostavieb aj pre kvalitne renovované objekty, pre podlahové vykurovanie aj radiátory. Teplo je odoberané prostredníctvom výparníka tepelného čerpadla, cez ktorý prúdi vonkajší vzduch. Pre dosiahnutie vysokého tepelného výkonu aj za pomerne nízkych vonkajších teplôt pomáha výrazne postupné vstrekovanie pary. Aj pri vonkajších teplotách okolo -20 °C tento systém dosahuje teploty vstupu okolo 60 °C, čo zabezpečuje potrebnú vstupnú hodnotu pre efektívne vykurovanie. K hlavným výhodám tepelného čerpadla vzduch/voda patrí v porovnaní s ostatnými druhmi čerpadiel pomerne nízke obstarávacie náklady a nenáročná inštalácia.
Využitie tepelného čerpadla pre prípravu teplej vody a chladenie
Tepelné čerpadlá sa dajú využiť aj na prípravu teplej úžitkovej vody a chladenie budovy. Pre prípravu TUV slúžia tepelné čerpadlá s rozšírenou funkciou vykurovania, kde je časť tepelnej energie využívaná práve na tento účel. Súčasťou okruhu je potom aj zásobník na teplú vodu, ktorý možno ľahko pripojiť a vďaka dôkladnej tepelnej izolácii dosahuje výbornú účinnosť. Pomocou chladiaceho modulu získa vaše tepelné čerpadlo schopnosť budovu v letných dňoch ochladzovať. S touto funkciou získate nízkoenergetickú klimatizáciu, ktorá je navyše úplne ekologická.
Trendy a podpora tepelných čerpadiel
Dopyt po tepelných čerpadlách na Slovensku aj v Európe neustále rastie. Očakáva sa, že ich počet do roku 2030 výrazne narastie. Vďaka štátnym dotáciám, ako je napríklad projekt Zelená domácnostiam, si ich volí čoraz viac domácností ako vhodnú alternatívu vykurovania. Cieľom Európskej únie je zvýšiť podiel obnoviteľnej energie a na energetickú efektívnosť a tepelné čerpadlá je určených značné finančné prostriedky.
Prečítajte si tiež: Využitie tepelných čerpadiel
tags: #tepelne #cerpadlo #vykurovanie