Tepelné čerpadlá zem-voda sú moderným a efektívnym spôsobom vykurovania, ktorý získava na popularite vďaka svojej ekologickosti a ekonomickej výhodnosti. Využívajú geotermálnu energiu uloženú v zemi na vykurovanie budov a prípravu teplej vody. Tento článok sa zameriava na princíp fungovania, výhody, nevýhody a náklady spojené s vykurovaním zem-voda, aby poskytol komplexný prehľad pre potenciálnych záujemcov.
Úvod do tepelných čerpadiel zem-voda
Všetky tepelné čerpadlá fungujú na princípe prenosu tepla z jedného miesta na druhé. Tepelné čerpadlá zem-voda využívajú geotermálnu energiu, ktorá sa ukladá v hornej vrstve pôdy zo slnečného žiarenia a dažďovej vody. Relatívne stabilné teploty pôdy vytvárajú ideálne prevádzkové podmienky pre tepelné čerpadlá typu zem-voda. Na rozdiel od klasických vykurovacích systémov, ktoré spaľujú fosílne palivá, tepelné čerpadlá zem-voda využívajú obnoviteľné zdroje energie, čím znižujú emisie oxidu uhličitého a prispievajú k ochrane prírodných zdrojov.
Princíp fungovania tepelného čerpadla zem-voda
Tepelné čerpadlo zem-voda využíva energiu nahromadenú v zemi na efektívne vykurovanie budov. Kľúčovú úlohu tu zohráva obeh chladiva, ktoré je zodpovedné za transport tepla. Proces začína odberom energie z pôdy pomocou kolektora, ktorý môže mať horizontálnu alebo vertikálnu formu v závislosti od terénnych podmienok a dostupného priestoru.
- Odber tepla zo zeme: Tepelné čerpadlo zem-voda je pripojené k sústave potrubí so zmesou veľmi studenej vody a nemrznúcej kvapaliny, známej ako prenosová kvapalina (soľanka). Táto kvapalina cirkuluje v potrubí uloženom v zemi, kde absorbuje teplo z pôdy. V závislosti od kvality pôdy a druhu kolektora sa soľanka v zemi dokáže ohriať na 5 - 10 °C.
- Kompresia: Zohriata prenosová kvapalina sa vracia do tepelného čerpadla, kde odovzdáva teplo chladivu. Chladivo sa následne stlačí v kompresore, čím sa zvýši jeho teplota. Vzniknutá para sa v tepelnom čerpadle stlačí a ešte viac sa tým zohreje.
- Kondenzácia: Horúca para chladiva vstupuje do kondenzátora, kde odovzdáva nahromadenú energiu a ohrieva vodu v systéme ústredného kúrenia. Chladivo sa ochladzuje a mení sa späť na kvapalinu.
- Expanzia: Kvapalné chladivo prechádza cez expanzný ventil, kde sa zníži jeho tlak a teplota. Tým sa chladivo pripraví na opätovné absorbovanie tepla vo výparníku.
- Výparník: Výparník odoberá teplo z kolektora a odovzdáva ho chladivu. V tomto mieste látka mení skupenstvo z kvapalného na plynné, čo umožňuje ďalší transport tepelnej energie.
Celý cyklus sa neustále opakuje, zabezpečujúc stabilné vykurovanie budovy. Účinnosť tepelného čerpadla zem-voda vyplýva z precíznej spolupráce jeho kľúčových komponentov: kompresora, kondenzátora a výparníka.
Typy kolektorov pre tepelné čerpadlá zem-voda
Kolektor je kľúčový prvok vykurovacieho systému, ktorý slúži ako zdroj tepla pre tepelné čerpadlo. Skladá sa zo siete potrubí zakopaných pod povrchom zeme, ktoré odoberajú tepelnú energiu z pôdy a odovzdávajú ju čerpadlu. Existujú dva hlavné typy kolektorov:
Prečítajte si tiež: Možnosti vykurovania olejom
Horizontálne kolektory (plošné zemné kolektory)
Plošné zemné kolektory pozostávajú zo siete plastových rúrok, ktoré sa kladú do cca 1,2 - 1,5 m hlbokých výkopov v zemi. Vďaka tomu získavajú teplo, ktoré sa naakumulovalo vo vrchnej vrstve pôdy vplyvom slnečného žiarenia. Ide teda o akýsi veľkoplošný „solárny panel“. V potrubnom systéme cirkuluje soľanka z mrazuvzdornej kvapaliny, ktorá absorbuje tepelnú energiu a odovzdáva ju do výmenníka tepla.
Použitie povrchových kolektorov vyžaduje dvakrát väčšiu plochu pre kolektory, ako je veľkosť vykurovanej plochy. Výkopy musia byť hlboké približne 1,50 m a musí byť dodržaná minimálna vzdialenosť medzi kolektormi, vodovodným potrubím, kanálmi a budovami. Plocha kolektora musí byť nespevnená a nezastavaná, aby sa zabezpečilo dostatočné vsakovanie dažďovej vody.
Výhody horizontálnych kolektorov:
- Nižšie inštalačné náklady v porovnaní s vertikálnymi kolektormi.
- Jednoduchšia inštalácia, ktorá nevyžaduje špeciálne vŕtacie zariadenia.
Nevýhody horizontálnych kolektorov:
- Vyžadujú rozsiahlu plochu pozemku.
- Účinnosť závisí od typu pôdy, vlhkosti a sezónnych výkyvov teploty.
- Obmedzená možnosť využitia pozemku nad kolektormi (nesmie sa zastavať).
- Teplota pri povrchu zeme je totiž výrazne nižšia, a tak tepelné čerpadlo musí viac dokurovať. Navyše teplota postupom času klesá, takže ku koncu sezóny môže byť účinnosť čerpadla ešte nižšia.
Vertikálne kolektory (geotermálne sondy)
Geotermálne sondy sa zapúšťajú vertikálne alebo pod uhlom do zeme pomocou vrtov s hĺbkou od 80 do 150 metrov. V závislosti od kvality pôdy z nich potom môžete vyťažiť cca 50 W tepla na meter hĺbky. Preteká cez ne aj soľanka, ktorá absorbuje geotermálne teplo v hĺbke 40 až 100 metrov a odovzdáva ho ďalej do výmenníka tepla.
Výhody vertikálnych kolektorov:
- Vysoká účinnosť vďaka stabilnej teplote pôdy v hĺbke.
- Menšie nároky na plochu pozemku.
- Možnosť využitia aj na menšej ploche pozemku, pretože si vyžadujú len otvor s priemerom približne 15 cm a hĺbkou od 80 m (ideálne, ak sú hlbšie ako 100 m).
- Konštantná teplota 10 °C ponúka dostatok tepelnej energie na pokrytie vašich požiadaviek na vykurovanie a prípravu teplej vody.
- V lete sa môžu používať aj na chladenie.
Nevýhody vertikálnych kolektorov:
- Vyššie inštalačné náklady v dôsledku potreby vŕtania.
- Náročnejšia inštalácia, ktorá vyžaduje špeciálne vŕtacie zariadenia a povolenia.
Účinnosť tepelného čerpadla zem-voda
Účinnosť tepelného čerpadla zem-voda je kľúčovým faktorom, ktorý určuje jeho popularitu a rentabilitu. Najdôležitejším parametrom popisujúcim výkon zariadenia je súčiniteľ COP (Coefficient Of Performance). Udáva, koľko tepla dodá čerpadlo v pomere k spotrebovanej elektrickej energii. Čím vyššia je hodnota COP, tým vyššia je účinnosť a nižšie prevádzkové náklady.
Vysoký súčiniteľ COP znamená, že tepelné čerpadlo generuje viac tepelnej energie pri minimálnej spotrebe elektriny. V praxi sa to prejaví výraznými úsporami v porovnaní s tradičnými vykurovacími systémami, ako sú plynové alebo olejové kotly. Vďaka tomu sa investícia do tepelného čerpadla zem-voda môže vrátiť rýchlejšie a účty za energiu zostanú na stabilnej, nižšej úrovni.
Prečítajte si tiež: Moderné vykurovacie riešenia pre kúpeľne
Avšak účinnosť tepelného čerpadla zem-voda nezávisí len od súčiniteľa COP. Rovnako dôležitá je kvalita inštalácie, pôdne podmienky a spôsob používania systému. Správne navrhnutá a nainštalovaná inštalácia výrazne zvyšuje účinnosť zariadenia, zatiaľ čo chyby pri inštalácii môžu viesť k stratám energie a zníženiu výkonu. Preto je dôležité, aby inštaláciu vykonávali skúsení odborníci a používanie prebiehalo v súlade s odporúčaniami výrobcu.
Náklady na inštaláciu a prevádzku
Rozhodnutie o inštalácii tepelného čerpadla zem-voda je spojené s významnými výdavkami, ktoré môžu výrazne ovplyvniť rozpočet investora. Náklady na inštaláciu sa zvyčajne pohybujú v cenových reláciách od 4000 do 12000 Eur, pričom samotné tepelné čerpadlo zem-voda sa pohybuje v cenových reláciách od 4000 do 12000 Eur. Celkové náklady sa môžu pohybovať v rozmedzí od 10 000 do 30 000 € a ich výška závisí od niekoľkých kľúčových faktorov, ako je výber medzi horizontálnym a vertikálnym kolektorom, pôdne podmienky a dostupnosť priestoru. Hlavne náklady na výkopové a vŕtacie práce (v závislosti od množstva a typu kolektorov, pričom geotermálne sondy sú o niečo drahšie). Pred rozhodnutím je potrebné tieto aspekty dôkladne analyzovať, aby sa predišlo neočakávaným nákladom.
Hoci počiatočná investícia sa môže zdať vysoká, prevádzkové náklady tepelného čerpadla zem-voda sú pomerne nízke. Zariadenie sa vyznačuje vysokou energetickou účinnosťou, čo vedie k nižšej spotrebe elektriny v porovnaní s tradičnými vykurovacími systémami. V dôsledku sú účty za energiu nižšie a investícia sa môže vrátiť v priebehu niekoľkých rokov, čím zabezpečí stabilné a predvídateľné náklady na kúrenie.
Na rentabilitu systému má veľký vplyv spotreba energie tepelným čerpadlom. Jej úroveň závisí od výkonu zariadenia a prevádzkových podmienok. Vhodná konfigurácia systému a jeho prispôsobenie špecifikám budovy môžu výrazne znížiť prevádzkové náklady. Odborná konzultácia pomôže optimalizovať parametre činnosti čerpadla a plne využiť jeho úsporný potenciál.
Dotácie a podpora
Zníženie emisií a nákladov na energiu z vykurovania pomocou moderného systému vykurovania v kombinácii so zateplením domu môže byť podporené z projektu Obnov dom. Kúpa tepelného čerpadla využívajúceho obnoviteľné zdroje môže byť podporená z národného projektu Zelená domácnostiam. Od mája tohto roka sa mikro, malé a stredné podniky mohli uchádzať o príspevok do 50 000 eur na energetický audit a inštaláciu zariadení, ktoré využívajú obnoviteľné zdroje energie. Projekt Zelená podnikom je podobne ako Zelená domácnostiam financovaný z Programu Slovensko.
Prečítajte si tiež: Vykurovanie plynom a zásobníkový ohrev
Kompatibilita s vykurovacími systémami
Moderné vykurovacie systémy, ako sú podlahové kúrenie a radiátorové kúrenie, dokonale spolupracujú s tepelnými čerpadlami zem-voda. Toto univerzálne riešenie sa osvedčuje v nových aj modernizovaných budovách, poskytujúc efektívne a ekologické vykurovanie prispôsobené individuálnym potrebám.
Podlahové kúrenie je obzvlášť efektívne v spojení s tepelným čerpadlom zem-voda, pretože pracuje pri nižších teplotách, čím zvyšuje účinnosť celého systému. Teplo sa rovnomerné rozdeľuje po miestnosti, eliminujúc chladné zóny a zvyšujúc komfort používania. Je to ideálne riešenie pre ľudí, ktorí oceňujú moderné technológie a úsporu energie.
Radiátorové kúrenie, hoci tradičnejšie, môže byť tiež efektívne používané s tepelným čerpadlom. Vyžaduje však použitie radiátorov s väčšou plochou výmeny tepla, aby efektívne fungovali pri nižších teplotách vody. Vďaka tomu je možné aj staršie inštalácie prispôsobiť moderným štandardom energetickej účinnosti, čo vedie k nižším účtom za kúrenie a menšiemu vplyvu na životné prostredie.
Tepelné čerpadlá voda-voda
Jedným z možných tepelných zdrojov z okolia môže byť aj voda, najčastejšie podzemná voda. Existuje niekoľko rôznych systémov konštrukcie tepelných čerpadiel voda-voda. Základom je však vždy vodný zdroj. Voda z neho prichádza cez primárny okruh do kontaktu s chladnejšou chladiacou kvapalinou, ktorá si odoberie potrebné teplo z tejto vody a odparí sa. Následne už postup iste poznáte… prichádza ku kompresii, teda kompresor tieto pary chladiva svojou prácou stlačí a zvýši ich tlak a najmä teplotu. Podzemná voda, z ktorej je odoberané teplo do vnútornej jednotky čerpadla môže pochádzať z ľubovoľného zdroja v blízkosti obydlia, ako napr. studňa, jazero, či rieka. Najčastejšie je však využívaná a odporúčaná vŕtaná studňa, kde ponorné čerpadlo čerpá podzemnú vodu cez primárny okruh do primárneho výmenníka vnútornej jednotky. Dôležitá je dostatočná teplota vody a výdatnosť studne (v L za sek.), aby pri mrazivých teplotách nedošlo k výpadkom.
Medzi bezkonkurenčnú výhodu radíme to, že podzemná voda si teplotu udržiava stabilne celoročne cca medzi 8-14 °C. Platí úmera, čím vyššia teplota zdrojovej vody, tým vyššia celková účinnosť čerpadla. Slovensko má mimoriadne vhodné podmienky na väčšine nášho územia. Špeciálne lokality povodia riek Váh a Dunaj, územie Podunajskej nížiny, Považie, Pohronie, kraje Bratislava, Trnava, Trenčín alebo i východ a okolie riek Torysa, Laborec.
Veľkou devízou 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. Hĺbka výkopu pre prívod vody sa odporúča v nezámrznej hĺbke cca 80 cm a šírka 30 cm. 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.
Kde sú však pozitíva, sú aj negatíva. Tým najvýznamnejším je nutnosť správnej lokality - ide najmä o blízky vodný zdroj, ktorý musí byť vhodný na prevádzku čerpadla (stála teplota a výdatnosť vrtu, prípadne nadzemného zdroja). Ak nie sú podmienky vhodné, čerpadlo voda-voda nemá zmysel inštalovať. Preto je nutná konzultácia s expertom, ktorý dokáže posúdiť podmienky lokality. Taktiež sa posudzuje vhodné chemické zloženie vody, aby nedošlo k poškodeniu systému. Neodporúča sa inštalácia pri veľmi železitej alebo mangánovej vode, môže dôjsť k upchatiu ponorného čerpadla i zaneseniu samotnej vnútornej jednotky. Pred inštaláciou odporúčame odpieskovať a odkaliť zdrojovú studňu.
Záver
Tepelné čerpadlá zem-voda predstavujú efektívny a ekologický spôsob vykurovania, ktorý využíva geotermálnu energiu uloženú v zemi. Hoci počiatočné investičné náklady sú vyššie ako pri tradičných vykurovacích systémoch, dlhodobé úspory na účtoch za energiu a priaznivý dopad na životné prostredie robia z tejto technológie atraktívnu alternatívu pre moderné domácnosti. Pri správnom návrhu, inštalácii a údržbe môže tepelné čerpadlo zem-voda poskytovať spoľahlivé a ekonomické vykurovanie po dobu 20-25 rokov. Áno. Počiatočná investícia sa časom oplatí - z finančného aj ekologického hľadiska.
tags: #vykurovanie #zem #voda