Tepelné čerpadlá sa v posledných rokoch stali obľúbenou voľbou pre vykurovanie rodinných domov, a to z dobrých dôvodov. Majitelia domov hľadajú spôsoby, ako znížiť náklady na energie, byť šetrní k životnému prostrediu a zároveň si zabezpečiť komfortné bývanie počas celého roka. Moderné tepelné čerpadlá tieto požiadavky efektívne spĺňajú, využívajú obnoviteľné zdroje energie - vzduch, vodu alebo zem - a premieňajú ich na teplo pre vykurovanie a ohrev vody. Investícia do tepelného čerpadla je dlhodobé rozhodnutie, ktoré závisí od veľkosti domu, zateplenia, dostupnosti zdrojov a finančného rozpočtu.
Princíp fungovania 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.
Tepelné čerpadlo je stroj, ktorý čerpá teplo z miesta s nižšou teplotou na miesto s vyššou teplotou vynaložením vonkajšej práce, pričom cieľom jeho použitia je vykurovanie miesta s vyššou teplotou. Podľa druhej termodynamickej vety prúdi tepelná energia z látky alebo predmetu s vyššou teplotou k látke alebo predmetu s nižšou teplotou. Tento dej prebieha v prírode samovoľne.
Základom tepelného čerpadla je uzavretý okruh naplnený chladivom. V tomto okruhu prebiehajú nasledujúce procesy:
- Výparník: Do výparníka sa privádza okolitým vzduchom nízko potenciálne teplo. Privedené teplo spôsobuje vyparovanie chladiva, pary chladiva sa stávajú nositeľom tepelnej energie a tú prenášajú do kompresora. Vzduch, ktorého prúdenie cez výparník zaisťuje axiálny ventilátor alebo ventilátory, sa pritom ochladí.
- Kompresor: Nasáva pary z výparníka, stláča ich a vytláča do kondenzátora.
- Kondenzátor: Energia privedená do kondenzátora parami chladiva z výparníka a kompresora sa prenáša do cirkulujúceho vykurovacieho média (sekundárny okruh TČ).
Tepelné čerpadlá dokážu teplo z okolia (o teplote napr. okolo 2 °C) previesť na vyššiu teplotnú hladinu (napr. okolo 80 °C), ale na to potrebujú dodať aj inú, t.j. obyčajne elektrickú energiu. Zisk tepla z okolitého prostredia na vykurovanie je však vyšší v porovnaní so spotrebou elektriny na pohon tepelného čerpadla.
Prečítajte si tiež: BMW E36 316i: Výmena vodného čerpadla
Základná perspektíva tepelných čerpadiel je to, že do globálneho teplotného režimu planéty sa priamo nepridáva teplo zo spaľovania akéhokoľvek paliva. 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 okolia (t. j. z vody, vzduchu, zeme či odpadového tepla), kedy jeho prečerpaním dôjde ku zmene teploty na úroveň využiteľnú v inštalovanom vykurovacom systéme.
Typy tepelných čerpadiel a ich využitie
Existujú rôzne typy tepelných čerpadiel, ktoré sa líšia podľa zdroja tepla, ktorý využívajú, a spôsobu jeho odovzdávania do vykurovacieho systému. Najbežnejšie typy sú:
- Tepelné čerpadlo vzduch - voda: Využíva teplo zo vzduchu, ktoré odoberá vonkajšia jednotka a následne ho prevádza na vykurovaciu vodu.
- Monoblok: Celý systém (kompresor, výmenník a expanzný ventil) je umiestnený v jednej vonkajšej jednotke. Pre dlhodobú spoľahlivosť a efektívnosť prevádzky odporúčame prepojenie čerpadla so zmäkčovačom vody. Všetky tieto procesy prebiehajú vo vonkajšej jednotke.
- Splitové tepelné čerpadlo: Je rozdelené na dve časti - vonkajšiu a vnútornú jednotku.
- Tepelné čerpadlo vzduch - voda je vhodné pre domácnosti, kde nie je možné realizovať zemné práce a kde je dostatočný prístup k vonkajšiemu vzduchu. 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. Tepelné čerpadlo vzduch-voda využíva energiu z vonkajšieho vzduchu na ohrev vody pre vykurovanie domu a prípravu teplej úžitkovej vody. Pracuje na princípe prenosu tepla - podobne ako chladnička, ale opačným smerom. Tepelné čerpadlo vzduch-voda je ideálnym riešením pre moderné domácnosti, ktoré chcú spojiť komfort, úsporu a ekologické riešenie.
- Tepelné čerpadlo zem - voda: Využíva stabilné teplo zo zeme. V prípade čerpadiel typu zem/voda je teplo zo zeme prenášané obiehajúcou nemrznúcou kvapalinou. Tá v plynnom stave odoberá teplo v potrubí, ktoré je uložené vo vrte. Pre dosiahnutie vysokej teploty slúži kompresor, ktorý je zaradený do okruhu. Pri potrebe vyššieho výkonu sa používa aj niekoľko vrtov. Hlavnou výhodou tohto druhu tepelných čerpadiel je vysoký a stabilný tepelný faktor aj pri mrazoch, a tým pádom nižšie prevádzkové náklady.
- Plošné kolektory: Tieto kolektory sú umiestnené v relatívne plytkej hĺbke (okolo 1 metra) a tvoria meander, ktorý odoberá teplo z väčšej plochy. TČ: Zem plocha / Voda - TČ odoberajúce teplo z plochy záhrady.
- Geo-vrty: Pri tomto riešení sa vykonávajú vrty do hĺbky 50-120 metrov, kde je stabilná teplota okolo 15°C. TČ: Zem vŕt / Voda - TČ odoberajúce teplo z hĺbky pod povrchom zeme 80-250m.
- Tepelnú energiu možno čerpať aj z povrchovej pôdy na záhrade. Tieto tepelné čerpadlá zem/voda však potrebujú veľkú plochu, na ktorej sú umiestnené kolektory. Takto využitý pozemok má ale obmedzené možnosti ďalšieho využitia - tj.
- Tepelné čerpadlo voda - voda: Čerpá teplo z podzemnej alebo povrchovej vody, ako sú studne, nádrže alebo jazierka. Pre úplnosť uvádzame aj čerpadlá typu voda/voda. Ich možnosti využitia v SR sú ale obmedzené. Tepelné čerpadlá voda/voda čerpajú tepelnú energiu z veľkých objemov podzemných vôd, ktorých je ale v SR nedostatok. Ďalšou možnosťou je čerpanie tepelnej energie z vodných plôch, čo je možné ale iba v prípade, že sa vhodná vodná plocha nachádza v bezprostrednej blízkosti nehnuteľnosti. Navyše by ste k tomuto riešeniu potrebovali súhlas správcu vodnej plochy.
- TČ: Voda studňa / Voda - TČ odoberajúce teplo zo spodnej nebo geotermálnej vody.
- TČ: Voda plocha / Voda - TČ odoberajúce teplo z vodnej plochy.
- TČ: Vzduch vetrací / Voda: TČ odoberajúce teplo z odpadového vetracieho vzduchu.
- Tepelné čerpadlá vzduch/vzduch: Nemožno pripojiť na vykurovací systém ani systém ohrevu TUV, fungujú totiž podobne ako priame ohrievače - teda tepelnú energiu z vonkajšieho vzduchu menia na teplý vzduch v interiéri.
Vodné zásobníky a ich úloha
Vodné zásobníky sú dôležitou súčasťou systémov s tepelnými čerpadlami, najmä v prípadoch, keď sa tepelné čerpadlo používa na ohrev teplej úžitkovej vody (TÚV). Súčasťou okruhu je potom aj zásobník na teplú vodu, ktorý možno ľahko pripojiť a vďaka dôkladnej tepelnej izolácii dosahuje výbornú účinnosť. Ich hlavnou úlohou je akumulovať teplo a zabezpečiť jeho dostatočné množstvo pre potreby domácnosti.
Výhody použitia vodných zásobníkov:
- Zabezpečenie dostatočného množstva TÚV: Zásobník umožňuje ohriať väčšie množstvo vody v čase, keď je tepelné čerpadlo v prevádzke, a následne ju využívať podľa potreby.
- Vyrovnávanie odberu tepla: Zásobník vyrovnáva kolísanie odberu tepla, čo znižuje zaťaženie tepelného čerpadla a predlžuje jeho životnosť.
- Možnosť využitia lacnejšej energie: V niektorých prípadoch je možné využívať lacnejšiu elektrickú energiu (napr. v nočných hodinách) na ohrev vody v zásobníku.
- Podpora solárneho ohrevu: Vodný zásobník môže byť prepojený so solárnymi kolektormi, čo umožňuje využívať slnečnú energiu na ohrev vody a znižovať tak spotrebu elektrickej energie.
Faktory ovplyvňujúce účinnosť tepelného čerpadla
Všeobecne platí, že čím väčší je rozdiel teplôt na primárnej strane (napríklad vonkajší vzduch -11°C) a sekundárnej strane (napr.vyhrievaná voda UK 55°C) tepelného čerpadla (čo je delta t=66°C), tým menšia je účinnosť. Na výkon 4 kWh už napríklad spotrebuje čerpadlo 3 kWh namiesto 1 kWh. Ideálna možná dosiahnuteľná delta t v našich zemepisných šírkach je v priemere za obdobie vykurovacej sezóny okolo 41°C, čo vie dosiahnuť iba špeciálne navrhnuté podlahové vykurovanie ktorému postačuje teplota média v UK 30°C pri -11°C vonku.
Tepelný faktor je najdôležitejším údajom tepelného čerpadla, ktorý v podstate hovorí, ako je čerpadlo efektívne. Počíta sa ako pomer medzi vyrobeným teplom a spotrebovanou elektrickou energiou. Tepelný faktor sa líši najmä podľa zdroja tepelnej energie. Najvyšší a najstabilnejší je v prípade tepelného čerpadla typu zem/voda, ktoré má aj pri mrazoch tepelný faktor okolo hodnoty 5.
Prečítajte si tiež: Výhody a nevýhody vodného a vzduchového chladenia
Výber správneho tepelného čerpadla a vodného zásobníka
Výber medzi rôznymi typmi tepelného čerpadla závisí od podmienok vašej domácnosti, dostupnosti zdrojov a investičného rozpočtu. Pri výbere je potrebné zohľadniť:
- Tepelné straty a veľkosť domu: Každý dom má inú tepelnú potrebu. Poddimenzované čerpadlo sa preťažuje a zvyšuje spotrebu, predimenzované zbytočne zvyšuje náklady. Správny výber výkonu tepelného čerpadla je kľúčový pre úsporné a efektívne vykurovanie domu. Výkon, vyjadrený v kilowattoch (kW), určuje množstvo tepla, ktoré čerpadlo dokáže vyprodukovať za jednotku času.
- Typ stavby: Novostavby sú lepšie izolované, čo umožňuje inštalovať úspornejšie systémy.
- Dostupnosť zdrojov tepla: Overte si, či máte dostatočný prístup k vonkajšiemu vzduchu, podzemnej vode alebo pozemku pre zemné kolektory.
- Finančný rozpočet: Obstarávacie náklady na rôzne typy tepelných čerpadiel sa líšia.
Pri výbere vodného zásobníka je potrebné zohľadniť:
- Spotrebu TÚV v domácnosti: Zvoľte objem zásobníka, ktorý zodpovedá vašim potrebám.
- Počet osôb v domácnosti: Väčší počet osôb si vyžaduje väčší objem zásobníka.
- Dostupný priestor: Zásobník musí byť umiestnený v priestore, ktorý je preň vhodný.
Ďalšie dôležité aspekty
- Úprava vody: Vodný kameň je najčastejším nepriateľom vykurovacích systémov. Ako firma, ktorá sa špecializuje na úpravu vody aj montáž tepelných čerpadiel, odporúčame tieto technológie kombinovať. V našej firme, ktorá sa dlhodobo zaoberá úpravou vody, odporúčame pri plánovaní tepelného čerpadla zohľadniť aj kvalitu vody. Odporúčame napojiť tepelné čerpadlo na zmäkčovač vody. Tvrdá voda môže poškodiť vnútorné časti čerpadla, znížiť jeho účinnosť a skrátiť životnosť. Zmäkčená voda predlžuje životnosť výmenníka a obehového čerpadla, znižuje riziko vodného kameňa a zabezpečuje stabilnú prevádzku po mnoho rokov.
- Dotácie: Na Slovensku existujú programy, ktoré podporujú inštaláciu tepelných čerpadiel, napríklad „Zelená domácnostiam“. Cieľom je motivovať domácnosti k využívaniu ekologických technológií, znížiť počiatočné náklady a podporiť prechod na obnoviteľné zdroje energie. Tento program Slovenskej inovačnej a energetickej agentúry (SIEA) podporuje využívanie obnoviteľných zdrojov energie (OZE) v domácnostiach. Financovaný je z Európskeho fondu regionálneho rozvoja v rámci Programu Slovensko 2023-2029. Dotácie môžu pokryť až 50 % oprávnených nákladov, pri nízkych príjmoch až 90 %. Dotácie kombinujú ekonomickú a ekologickú výhodu, čo z nich robí atraktívnu voľbu pre moderné domácnosti. Od 30.
- Doplnková výbava: Aby ste mohli naplno využívať všetky funkcie tepelného čerpadla, zaobstarajte si k čerpadlu doplnkovú výbavu, ktorá má vplyv na efektivitu celého vykurovacieho systému. Nedielnou súčasťou vykurovania je pritom obehové čerpadlo, ktoré distribuuje teplosmenné médium do systému vykurovania, teda do radiátorov alebo podlahového vykurovania. Pre správnu reguláciu a optimalizáciu vykurovacieho systému odporúčame vybrať kvalitné riadiace jednotky, regulátory a inteligentné aplikácie. V prípade využitia tepelného čerpadla pre ohrev TUV nezabudnite na dostatočne objemný zásobník. Pomocou chladiaceho modulu získa vaše tepelné čerpadlo schopnosť budovu v letných dňoch ochladzovať.
Prečítajte si tiež: Poruchy čerpadiel umývačiek Candy