Tepelné čerpadlo

 

Tepelným čerpadlom je možné ušetriť až 75 % ročných nákladov na vykurovanie.

Tepelné čerpadlo je zariadenie, ktoré odčerpáva tepelnú energiu z okolitého prostredia a odovzdáva ju vykurovaciemu systému. Pracuje podobne ako chladnička, ktorej hnacím prvkom je kompresor poháňaný elektromotorom. Tepelné čerpadlo umožňuje využiť nízkopotenciálne teplo zeme, vody a vzduchu a odovzdať ho napríklad interiéru vášho domu. Tepelné čerpadlá dnes patria medzi najekologickejšie a najúspornejšie systémy na vykurovanie a prípravu teplej vody.

 
Využitie primárnej energie

obrázok Využitie primárnej energie

 
Tepelné čerpadlo môžete využiť na:
  1. vykurovanie domov, bytov, priemyselných či rekreačných objektov,
  2. ohrev vody na bežnú spotrebu či ohrev bazénovej vody,
  3. klimatizáciu a chladenie – v prípade tepelného čerpadla s reverzným chodom.
 
Princíp tepelného čerpadla

 obrázok Princíp tepelného čerpadla

 
Funkcia tepelného čerpadla

Tepelné čerpadlo odoberá teplo z jedného prostredia a odovzdáva ho inému. Pravidelne sa v ňom opakuje cyklus, ktorý má 4 fázy:

  1. vyparovanie – odoberaním tepla z vody, zo vzduchu alebo zo zeme cez prvý výmenník sa chladivo odparuje, čím sa dostáva do plynného stavu;
  2. kompresia – kompresor stlačí ohriate chladivo, čím vzrastie jeho teplota;
  3. kondenzácia – ohriate chladivo potom odovzdá teplo vykurovaciemu médiu prostredníctvom druhého výmenníka. Tým sa chladivo ochladí a skondenzuje späť na kvapalinu;
  4. expanzia – prechodom cez expanzný ventil sa zníži tlak a chladivo putuje späť k prvému výmenníku. Vo výmenníku sa znova ohreje a cyklus sa uzatvára.
 

Na to, aby sa mohol tento cyklus opakovať, je potrebné dodať kompresoru tepelného čerpadla elektrinu na pohon kompresora. Jeho tepelný vykurovací výkon je daný súčtom oboch vložených energií, teda energie získanej z prostredia a elektriny potrebnej na pohon kompresora. Tepelný výkon je preto vždy väčší, ako energia vynaložená na pohon tepelného čerpadla. Pomer tepelného výkonu a príkonu je tzv. výkonové číslo (vykurovací faktor). Čím je vyššie, tým je tepelné čerpadlo účinnejšie.

Z 1 kWh elektriny je takto možné získať asi 3 až 4 kWh tepelnej energie, čo predstavuje priemerné výkonové číslo 3 až 4. Výkonové číslo sa mení v závislosti od teplotných podmienok. Tepelné čerpadlo je určené predovšetkým pre nízkoteplotné vykurovanie (podlahové vykurovanie alebo radiátory so zväčšenými vykurovacími plochami). Pri podlahovom vykurovaní je účinnosť tepelného čerpadla vyššia, pretože systém používa nižšiu teplotu vykurovacej vody.

 
Poznáme tieto typy tepelných čerpadiel:
 
voda/voda
 

Energia z vody: studničný vrt

 
Tepelné čerpadlo voda/voda – využíva studničnú vodu ako zdroj tepla a je najefektívnejším riešením. Náklady na jeho zakúpenie sa vám vrátia najrýchlejšie.
 

Spodná voda je obzvlášť vhodná ako zdroj tepla pre tepelné čerpadlo, pretože aj pri nízkych vonkajších teplotách má konštantnú teplotu od 8 do 12 °C. Vďaka tomu vie čerpadlo dosiahnuť priemerný ročný vykurovací faktor pohybujúci sa okolo hodnoty 4.

 
Tepelné čerpadlo voda/voda

 obrázok Tepelné čerpadlo voda/voda

 
Fungovanie tepelného čerpadla a spôsob inštalácie:

Pri čerpadle typu voda/voda je podmienkou mať na pozemku výdatný zdroj vody, s prietokom minimálne 0,5 litra vody za sekundu počas celej životnosti tepelného čerpadla. Pre inštaláciu tepelného čerpadla s využitím spodnej vody je potrebné vyhĺbiť aspoň dve 5 – 25 metrov hlboké studne s priemerom 20 – 25 cm, vzdialené od seba aspoň 15 metrov. Dodávku vody zabezpečuje ponorné čerpadlo. Jedna studňa je odberová, druhá vsakovacia. Voda z odberovej studne sa prechodom cez tepelné čerpadlo ochladí o niekoľko °C a potom sa vypúšťa do vsakovacej studne. Podmienkou je aj vyhovujúce chemické zloženie studničnej vody, ktoré sa overuje chemickým rozborom.

Jazerá a rieky takisto ponúkajú široké možnosti využitia tepla, pričom teploty vody sa v nich pohybujú v rozmedzí od 2 °C do 15 °C. Sústavu polyetylénových (PE) trúbok tak možno umiestniť do potoka, rieky či rybníka, je však k tomu potrebný súhlas správcu, resp. vodohospodára. Nevýhodou povrchových vôd je značné kolísanie teploty vody počas roka, ktoré je spôsobené zmenou teploty vzduchu.

zem/voda – hlbinný vrt
 

Energia zo zeme: hlbinný vrt

 
Tepelné čerpadlo využívajúce hlbinný vrt má vyššiu účinnosť a je vhodné najmä pre domy s menším pozemkom.
 

Na miestach, kde veľkosť pozemku neumožňuje použitie plošných kolektorov, sa často využívajú vertikálne výmenníky tepla známe ako zemné sondy. Ide o hlbinné zemné vrty siahajúce do hĺbky 50 až 100 metrov. Prenos tepla medzi zemou a tepelným čerpadlom sprostredkováva soľanka prúdiaca v rúrkach uložených v samotných vrtoch. Soľanka je nemrznúca zmes vody a mrazuvzdorného koncentrátu na báze glykolu.

 

Tepelné čerpadlá využívajúce teplo zeme z hlbinného vrtu patria medzi účinnejšie typy tepelných čerpadiel a pracujú s priemerným ročným vykurovacím faktorom 3 – 3,5.

 

Počet vrtov sa projektuje podľa veľkosti vykurovaného objektu. Pre bežný rodinný dom zvyčajne postačujú jeden až dva vrty, medzi ktorými musí byť dodržaná minimálna vzdialenosť 10 metrov. Jedinou nevýhodou tohto riešenia sú vyššie počiatočné investičné náklady, ktoré súvisia s vyššou cenou vrtu. Inštalácia sa môže predražiť aj v dôsledku zloženia zeminy, napríklad prítomnosťou skalnatého podložia. Vyplatí sa však najmä v chladnejších oblastiach.

 
Tepelné čerpadlo zem/voda

obrázok Tepelné čerpadlo zem/voda

 
Spôsob inštalácie tepelného čerpadla:

Polyetylénové hadice sa do vrtov vkladajú v tvare zdvojeného písmena U. Po realizácii tlakovej skúšky sa hadice uložené vo vrte zasypú. Energetický zisk závisí od zloženia pôdy a pohybuje sa v rozmedzí 30 – 100 W na 1 meter hĺbky.

Ďalším variantom takýchto tepelných čerpadiel je technologicky novšia aplikácia s oxidom uhličitým. Do hlbinných vrtov sa aplikujú namiesto plastových hadíc medené rúrky so stlačeným oxidom uhličitým. Využíva sa tak vynikajúca tepelná vodivosť medi. Oxid uhličitý koluje pod tlakom v rúrkach a vplyvom teploty sa dostáva do plynného skupenstva. Stúpa nahor, kde kondenzuje a odovzdáva teplo chladivu. Hoci má tento nový systém vysokú účinnosť, využíva sa zatiaľ skôr zriedkavo, a najmä v rodinných domoch s nižšími tepelnými stratami.

zem/voda – podzemný kolektor
 

Energia zo zeme: podzemný kolektor

 
Tepelné čerpadlá typu zem/voda využívajúce plošné zemné kolektory sú vyhľadávané najmä vďaka dobrému pomeru cena/výkon.
 

Pôda je „sezónnym akumulátorom“ tepla zo slnečného žiarenia. Toto teplo sa naakumuluje cez leto do povrchovej časti pôdy a počas vykurovacej sezóny ho môžeme využiť. Teplo z pôdy sa pri tomto type tepelného čerpadla získava prostredníctvom zemných kolektorov vo forme ohybných polyetylenových trubiek. V nich cirkuluje chladivo – soľanka. Vykurovacie parametre pri čerpadlách s plošným kolektorom sú veľmi podobné čerpadlám využívajúcim hlbinný vrt. Náklady na ich inštaláciu sú však podstatne nižšie, pretože cena výkopových prác pre zemné kolektory je omnoho nižšia ako cena hĺbkových vrtov.

 
Tepelné čerpadlo zem/voda

obrázok Tepelné čerpadlo zem/voda

 
Spôsob inštalácie tepelného čerpadla:

Plošný kolektor vyžaduje na 1 kW výkonu tepelného čerpadla približne 40 až 50 m2 plochy pozemku, v závislosti od typu pôdy. Na uvedenej ploche pozemku je potrebné počítať so zemnými prácami. Pôdne kolektory sú preto ideálnym riešením pre novostavby, keďže pozemok ešte nie je vysadený zeleňou. Pri inštalácii sa kolektory vo forme hadíc zakopávajú do hĺbky zhruba 2 metrov. Hadica sa pritom môže zakopať samostatne po celej dĺžke, alebo sa stočí do špirály. Pokladanie špirály vyžaduje menšiu plochu pozemku ako prvá spomínaná možnosť, avšak schopnosť odoberať teplo z pozemku je nižšia. Energetický zisk pri plošných kolektoroch zakopávaných v rovných tvaroch sa pohybuje na úrovni 20 až 25 W na jeden meter hadice. V prípade ukladania špirály do výkopu je energetický zisk nižší.

Pozemok určený pre inštaláciu plošných kolektorov by mal byť čo najviac prístupný slnečnému žiareniu a dažďovým zrážkam. Pri tomto type tepelných čerpadiel je potrebné počítať s tým, že vegetačné obdobie na pozemku, pod ktorým sa kolektory nachádzajú, je oneskorené o niekoľko týždňov oproti ostatnému prostrediu. Takisto na danom pozemku nie je vhodné vysádzať stromy. Ich koreňová sústava by mohla kolektor poškodiť a tieň stromov zasa znižuje akumulovanie tepla do pôdy.

vzduch/voda
 

Energia zo vzduchu

 
Tepelné čerpadlo vzduch/voda – odoberá teplo zo vzduchu a je z pohľadu inštalácie a nákladov na obstaranie najlacnejšou alternatívou.
 

Tepelné čerpadlo typu vzduch/voda získava teplo zo vzduchu a odovzdáva ho vode vo vykurovacom systéme. Výhodou vzduchu, ako zdroja energie je jeho dostupnosť. Nevýhodou môže byť klesajúca účinnosť tepelného čerpadla: účinnosť sa znižuje poklesom teploty vonkajšieho vzduchu. Preto sa pri tomto druhu vykurovania často projektuje doplnkové (tzv. bivalentné) vykurovanie. Doplnkové zdroje tepla, napríklad elektrické priamovýhrevné telesá alebo teplovzdušné krby, sa využívajú najmä v mrazivých zimných dňoch, kedy sa teplota vonkajšieho vzduchu pohybuje pod −5 °C. Priemerný ročný vykurovací faktor pri tepelných čerpadlách vzduch/voda sa pohybuje okolo hodnoty 3. Keďže doplnkový elektrokotol býva už priamo súčasťou tepelného čerpadla vzduch/voda, môžeme tak pohodlne a pri pomerne nízkych prevádzkových nákladoch pokryť celoročnú potrebu tepla.

 
Tepelné čerpadlo vzduch/voda

obrázok Tepelné čerpadlo vzduch/voda

 

Tepelné čerpadlá, u ktorých je zdrojom tepla vonkajší vzduch, sa často využívajú na veľmi hospodárnu prípravu teplej vody.

Jednou z predností tepelného čerpadla typu vzduch/voda je rýchla montáž, pretože tu nie sú potrebné žiadne terénne úpravy, ani dodatočné investície. Vďaka tomu sú náklady na obstaranie čerpadla typu vzduch/voda v porovnaní s ostatnými typmi tepelných čerpadiel najnižšie.

Ďalším druhom tepelného čerpadla, ktoré využíva vzduch ako zdroj tepla, je typ vzduch/vzduch. Líši sa od vyššie popísaného typu tým, že teplo získané zo vzduchu sa neodovzdáva vode vo vykurovacom systéme, ale interiérovému vzduchu. Pri tepelných čerpadlách vzduch/vzduch sa teplo vyfukuje do miestností vo forme teplého vzduchu. Výhodou je, že v letnom období môžeme reverzným chodom objekt klimatizovať. Menšou nevýhodou môže byť zvýšené prúdenie vzduchu.

Späť