Jak funguje tepelné čerpadlo ?

Úvod do tepelných čerpadel

Tepelné čerpadlo a jeho využití pro vytápění není výstřelek posledních několika let. Jejich princip je známý přes 100 let. Technologie současných tepelných čerpadel se sice takřka nezměnila, ale nyní je možné navrhovat mnohem menší a levnější zařízení, která bez problémů dokáží obstarat běžný obytný dům. Tepelné čerpadlo vám navíc může snížit náklady na provoz domu.

To je také důvod, proč význam tepelných čerpadel v současných energetických systémech roste. Když vezmete v úvahu celkové pořizovací náklady za systém tepelného čerpadla a otopného systému, můžete sami spočítat, za jak dlouho se vám investice vrátí. Obecně platí, že čím nižší energetické nároky na vytápění váš dům má, tím je návratnost investice do výkonnějších otopných soustav delší.

V těchto měsících navíc můžete využít tzv. Kotlíkovou dotaci, díky které si můžete nechat uhradit až 95 % nákladů (až 180 000 Kč) na tepelné čepadlo, pokud stále topíte kotlem na pevná paliva. v případě, že nesplňujete všechny požadované parametry, tak nezoufejte. Můžete stále získat získat dotaci až 50 % skrz program Nová zelená úsporám.

Ověřit nárok na dotaci

Princip fungování tepelných čerpadel

Představte s jako obrácenou ledničku. Na jedné straně se teplo odebírá a na druhé vydává. Zatímco u ledničky je vydávání tepla vedlejší produkt, u tepelného čerpadla se jedná o kýžený jev.

Provoz tepelného čerpadla probíhá ve 3 fázích. Princip si ukážeme na tepelných čerpadlech vzduch-voda. Stručně se dají popsat takto: Nejprve získáte teplo z okolního vzduchu, pak se zvýší jeho teplota, a nakonec se vytvořené teplo využije v domě. Pojďme si teď podrobněji vysvětlit, jak přesně jednotlivé fáze probíhají.

     1. Získání tepla ze vzduchu

Ve vzduchu je tepelná energie, kterou chcete využít pomocí tepelného čerpadla. Dokážete to díky výparníku. Představte si ho jako soustavu trubek, kterými cirkuluje chladivo (ve Schliegeru používáme chladivo Green Gas R32). Teplota chladiva je vždy nižší než teplota okolo proudícího vzduchu, a proto z něj chladivo dokáže přijímat teplo.

Chladicí médium může mít teplotu až -25 °C, a tak získává teplo, i když je venku pod nulou. Dejme tomu, že venkovní teplota se pohybuje kolem -2 °C a chladivo ve výparníku má teplotu -4 °C. Vzduch je tedy o dva stupně teplejší, a proto dokáže ohřát chladivo. To pak se získaným teplem putuje dál do kompresoru.

     2. Zvýšení teploty chladiva

Kompresor chladivo silně stlačí. Díky tomu se prudce zahřeje (až na 120 °C) a změní skupenství z kapalného na plynné. Princip zahřívání při kompresi si můžete vyzkoušet na pumpičce. Když prstem ucpete její vývod a stlačíte píst, na prstu ucítíte teplo. Chladivo je teď v plynném stavu, a navíc velmi horké. Je tedy načase, jeho vysokou teplotu využít.

     3. Využití získaného tepla

Zahřáté chladivo v plynném skupenství se dostává do výměníku. V něm se setkává primární okruh (chladivo) tepelného čerpadla se sekundárním okruhem (voda). V sekundárním okruhu předá chladivo svou tepelnou energii do vody. Ohřátá voda pokračuje do technické místnosti, kde se pomocí trojcestného ventilu rozdělí do nádrží na akumulaci kotlové vody, na vytápění nebo do zásobníku pro teplou užitkovou vodu.

Jakmile horké chladivo předá své teplo, ochladí se a znovu zkapalní. Pořád je ale pod vysokým tlakem a příliš teplé na to, aby mohlo znovu přijímat tepelnou energii. Proto se musí ochladit pomocí expanzního ventilu. Tento princip ochlazování si můžete vyzkoušet na spreji. Když máte sprej stisknutý delší dobu, začne se jeho nádoba ochlazovat.

Chladivo je díky expanzi podchlazené natolik, že může opět přijímat teplo z okolí, a celý proces začíná nanovo.

Různé zdroje tepla pro tepelná čerpadla

Jako zdroje tepla slouží vzduch, voda i země, podle toho se také tepelná čerpadla rozdělují.

Když se rozhodnete využívat jako zdroj energie vodu, může to být povrchová voda nebo podzemní voda z vrtu, která se tepelným čerpadlem ochladí a jiným vrtem se zase vrátí do země. Nejčastěji se používá pro tepelná čerpadla voda/voda.

Dále můžete pro tepelné čerpadlo využít geotermální energii uloženou horninách nebo naakumulovanou sluneční energii v horních vrstvách zeminy. Využívá se především u čerpadel země/voda.

Posledním zdrojem energie je vzduch, který se používá u systémů vzduch/voda a vzduch/vzduch.

Typy tepelných čerpadel

Podle toho odkud bere tepelné čerpadlo energii a podle toho, jakým způsobem předává energii dál, dostávají tepelná čerpadla přídomek. Nejčastějším teploměrným médiem je voda nebo vzduch. Běžně se používají tyto 4 typy tepelných čerpadel: vzduch-voda, vzduch-vzduch, voda-voda a země-voda. Každý typ tepelného čerpadla má své přednosti i nevýhody.

Tepelné čerpadlo země-voda

Tepelné čerpadlo země-voda odebírá teplotu ze země buď formou hlubinných vrtů, nebo plošných systémů. Hlavní nevýhodou jsou vysoké pořizovací náklady. Pokud je však systém kvalitně vytvořen a zdroj za několik let nevychladne, jedná se o velmi efektivní systém s vysokým topným faktorem.

Tepelné čerpadlo voda-voda

Jeden z nejúčinnějších způsobů vytápění v domech je tepelné čerpadlo voda-voda. Tento systém má však specifické požadavky na místo stavby. Jednou z možností je čerpání tepla ze studniční vody, kdy je podmínkou dostatečně vysoká kapacita studny. Dalším způsobem pro tepelné čerpadlo voda-voda je napojení na tekoucí vodu například z řeky nebo na větší vodní nádrže. V tomto případě sice již není topný faktor tak vysoký, ale pořád se jedná o velmi efektivní způsob vytápění. Hlavní nevýhodou tohoto systému vytápění je nedostatek vhodných lokalit.

Tepelné čerpadlo vzduch-vzduch

Tepelná čerpadla vzduch-vzduch se většinou konstruují jako klimatizace, které v zimě mohou pracovat obráceně – jako tepelné čerpadlo. Hodí se především k přitápění v období jara a podzimu. Vzhledem k výstavbě domů s nízkou tepelnou ztrátou a řízeným větráním se tento způsob používá stále častěji.

Tepelné čerpadlo vzduch-voda

Tepelné čerpadlo vzduch-voda používá jako zdroj tepla okolní vzduch, který má po většinu roku vyšší teplotu, než je teplota chladiva v oběhu tepelného čerpadla. Jeho hlavní výhodou je výrazně nižší pořizovací cena a také jeho nízké provozní náklady. Tepelné čerpadlo vzduch-voda se velmi jednoduše instaluje a má nulové nároky na velikost pozemku. Pro instalaci tepelného čerpadla vzduch-voda hovoří také jeho dostupnost, protože množství vzduchu je prakticky neomezené.

Další výhody tepelného čerpadla vzduch-voda

✓ Nejmenší vliv na ekosystém – odebrané teplo se vrací do vzduchu prostřednictvím tepelných ztrát budov atd.

✓ Chlazení během léta.

✓ Až 70 % energie z obnovitelných zdrojů.

✓ Bezúdržbovost systému – díky monobloku není potřeba doplňovat chladivo.

Nevýhody tepelného čerpadla vzduch–voda

✓ Nižší výkonnost při extrémních mrazech.

✓ Vyšší spotřeba elektřiny než u tepelných čerpadel země-voda.

✓ Hlučnost venkovní jednotky u méně kvalitních čerpadel.

Výběr správného typu tepelného čerpadla

Vybrat si ideální tepelné čerpadlo pro své bydlení nemusí být tak složité, jak se může zdát. Zohlednit při výběru musíte především faktory jako jsou klima, energetická účinnost, náklady na jeho instalaci.

Výhody tepelných čerpadel

Nízké provozní náklady – tepelné čerpadlo platí za jeden z nejúspornějších typů vytápění na trhu. Až 75 % tepelné energie se čerpá z okolního prostředí (voda, vzduch, země) a jen 25 % z elektrické sítě. Za 100 % tepla zaplatíte jen 25 % elektřiny.

Levnější sazba elektrické energie – obdobně jako s elektrokotlem i s tepelným čerpadlem máte nárok na levnější sazbu elektrické energie (20 hodin denně noční proud). Díky tomu získáte nejen levnější vytápění a ohřev vody, ale také svícení, praní, mytí nádobí v myčce atd.

Čisté a bezpracné vytápění – ve srovnání s kotlem na tuhá paliva je tepelné čerpadlo bezobslužné. Stačí nastavit optimální teplotu v domě.

Ekologické řešení – z tepelného čerpadla neunikají žádné zplodiny jako z kotle na tuhá paliva. Proto je vhodným řešením vytápění do měst i obcí. Napomáhá také ke snížení skleníkových plynů a emisí.

Možnost kombinace s dalšími zdroji energie – Tepelná čerpadla můžete v neposlední řadě kombinovat se solárními panely či plynovými kotly. Díky tomu můžete náklady na vytápění ještě snížit.

Závěr

S tepelnými čerpadly můžete topit ekologicky a zároveň ekonomicky.

Výběr ze 4 typů tepelných čerpadel: vzduch-voda, vzduch-vzduch, voda-voda a země-voda.

Konkrétní typ tepelného čerpadla vybírejte podle požadavků na energetickou účinnost, náklady na instalaci, lokalitu a klimatické podmínky.

Tepelná čerpadla mají velkou budoucnost především pro přípravu teplé vody, a to ať již souběžně s vytápěním, tak i samostatně. Díky tomu, že využívají k výrobě tepla přírodní zdroje, výrazně pomáhají ke snižování emisí skleníkových plynů a vyhovují ekologickému způsobu vytápění.