Zájemců o vytápění domů tepelným čerpadlem přibývá, přestože koupě a instalace spolehlivého systému mohou přijít na statisíce korun. Mnohé láká návratnost investice, ale i princip této technologie.
Investice do technicky vyspělého zařízení je vyvážena až postupem let relativně nízkou spotřebou elektrické energie potřebné na provoz tepelného čerpadla.
Mnohý investor si však víc než odhadované návratnosti cení faktu, že se rozhodl pro ekologicky šetrný systém. Seriozní dodavatelé v té souvislosti nepřehánějí ani údaj o životnosti zařízení mnozí neslibují více než patnáct až dvacet let.
tepelné čerpadloAutor: Archiv ireceptar.cz
S přibývajícím počtem uživatelů tepelných čerpadel, ale i díky rozvoji těchto zdrojů tepla, moderním vytápěcím systémům a zateplování domů se zařízení v průběhu let stávají i cenově dostupnější. To platí zejména o tepelných čerpadlech vzduch/voda.
Princip
Zařízení funguje podobně jako kompresorová chladnička, která přečerpává teplo z vnitřního prostoru do vnějšího prostřednictvím chladicí kapaliny, jež se při nízké teplotě mění v páru:
Tepelné čerpadlo jímá teplo ze země, vzduchu nebo vody, a to zpravidla do trubek s proudící nemrznoucí směsí. Ta přivádí teplo do výparníku, kde ho předává další pracovní náplni, tzv. kapalnému chladivu — speciální látce s bodem varu nižším, než je teplota prostředí, z něhož se teplo odvádí (země, vzduch nebo voda). Zahřátím se chladivo odpařuje, mění skupenství.
Vzniklé páry jsou pak stlačeny kompresorem. Tím se několikanásobně zvýší teplota chladiva a takto získané teplo lze využít k vytápění domu či ohřevu vody v zásobní nádrži nebo třeba bazénu. V tepelném výměníku je teplo předáno do kapaliny topného systému.
schéma tepelného čerpadlaAutor: Archiv ireceptar.cz
Děje se tak již při podstatně vyšší teplotě než při té, kterou mělo chladivo ve výparníku, a to právě díky kompresi a fyzikálním zákonitostem, které ji doprovázejí: Stlačením chladiva v plynném stavu vzroste jeho teplota několikanásobně; u vstupu do topného systému může dosahovat zhruba 60 °C.
Expanzní ventil potom opět sníží tlak chladiva na nízkou hodnotu, plynné chladivo zase zkapalní a vrací se zpět do výparníku, aby tu znovu nabralo tepelnou energii. Rychle se opakující cyklus tak přináší teplo z vnějšího prostředí do domu a cestou ho ještě převede na teploty potřebné k vytápění.
Teplo z venkovního vzduchu, země nebo vody
- Čerpadlo označované vzduch/voda odebírá teplo z okolního vzduchu a předává vodě v topném systému.
- Zařízení vzduch/vzduch předává teplo vnitřnímu vzduchu v teplovzdušném vytápění nebo klimatizaci.
- Systémy země/voda a voda/voda umožňují získávat teplo ze země, resp. z vody.
Využít lze i teplo odpadního vzduchu, vod nebo teplých pramenů.
plastové trubky uložené v zemi – varianta země-vzduchAutor: Archiv ireceptar.cz
Varianty technologie
obrázek z archivu ireceptar.czAutor: Archiv ireceptar.cz
Vzdušný zdroj tepla dovoluje tepelné čerpadlo instalovat prakticky všude. U tohoto typu zařízení se uvádí životnost asi 15 let, čili kratší než u čerpadel tepla z hloubkových vrtů. Instalace je ovšem levnější i jednodušší. Zdroj tepla tak přijde na desítky tisíc korun.
Při výběru zařízení, které využívá vzdušné teplo, se dá volit systém oddělené venkovní a vnitřní části tepelného čerpadla propojené potrubím s chladivem.
Poměrně malý venkovní „chladič“ se umísťuje na zem, stěnu nebo střechu, aby byl co nejblíže vnitřní části a topné soustavě.
Kompletní technologie tepelného čerpadla vzduch/voda může být také umístěna venku. V takovém případě je získané teplo do domu přivedeno již kapalinou topného systému. Toto řešení šetří vnitřní prostor a nezatěžuje ho případným hlukem.
Celé zařízení se dá rovněž umístit dovnitř objektu; sacím a výfukové potrubí pak přivádí a odvádí vzduch. Výhodou tohoto provedení bývá nižší cena.
obrázek z archivu ireceptar.czAutor: Archiv ireceptar.cz
Instalace do země je sice nákladná, ale ve srovnání se vzdušným čerpadlem vyvážená výhodami: stabilní teplotou zdroje, tím i nízkou spotřebou elektřiny, delší životností i nižšími náklady na údržbu a servis.
Dalším zdrojem tepla je země. Jedno z řešení jeho získání představují hloubkové vrty a v nich uložené plastové trubky s obíhající nemrznoucí kapalinou. Výkonu 10 kW odpovídá 120 až 180 m vrtů, přitom jeden vrt může být hluboký až 150 m.
Odběr zemního tepla může obstarat též plošný čili horizontální kolektor z plastového potrubí umístěný asi metr pod zemí, kterým proudí nemrznoucí kapalina. Instalace vyžaduje skrývku vrstvy půdy nebo výkopy. Pro tepelné čerpadlo o výkonu 10 kW se uvádí potřeba 250 až 350 m² pozemku.
zemní horizontální kolektoryAutor: Archiv ireceptar.cz
O čerpání tepla z vody ve studni lze uvažovat tam, kde je vydatný a jistý zdroj vody. Také její složení a případné filtrování musí být odpovídající, aby výměník fungoval, jak má. Vodu přivádí do systému ponorné čerpadlo, po odebrání tepla je ochlazená voda vedena do druhé — vsakovací — studny, ze které se nesmí dostávat zpět do čerpací studny. Teplota vody ve studni musí být vysoká aspoň 6 °C, aby snesla ochlazení bez nebezpečí zamrznutí.
Také rybník nebo řeka se dá využít jako zdroj tepla. To je z vody odebíráno kolektorem z plastového potrubí s nemrznoucí oběhovou náplní. Provozní náklady navýší poplatky za odběr vody.
Podle čeho vybírat tepelné čerpadlo
Důležitý je topný faktor, označovaný řeckým písmenem ε (epsilon) nebo také zkratkou COP z anglického Coefficient of Performance. Udává teoretický poměr mezi vyrobeným teplem a spotřebovanou elektrickou energií. Čím je topný faktor vyšší, tím bude tepelné čerpadlo lepší a jeho provoz levnější.
obrázek z archivu ireceptar.czAutor: Archiv ireceptar.cz
Tepelná čerpadla určená do rodinných domů dosahují obvykle výkonu 4 až 10 kW.
Například tepelné čerpadlo s výkonem 9 kW a spotřebou 3 kW má topný faktor 3. Hodnota říká, že 1 kWh dodané elektrické energie, přinese 3 kWh tepelné energie pro vytápění.
Topný faktor však závisí i na provozních podmínkách a může kolísat. Proto by při výběru tepelných čerpadel měl pomoci odborník pokud možno nezávislý na prodejci. Zvážit je třeba uváděné údaje, cenu, hodí se samozřejmě zkušenosti jiných.
Topný faktor bývá uváděn společně se vstupními a výstupními teplotami kapaliny a podpořen číslem metodické normy. Pro systém vzduch/voda se parametry zpravidla udávají při 2°C/35°C, pro technologii země/voda při 0°C/35°C a pro typ voda/voda je to 10°C/35°C.
technické zázemí tepelného čerpadlaAutor: Archiv ireceptar.cz
Obecně platí, že topný faktor vykazuje příznivější hodnotu, je-li teplota výstupní vody nižší. Proto je výhodnější tepelnými čerpadly vytápět spíš podlahové nebo stěnové topení než radiátory, jejichž efektivita vyžaduje vyšší teplotu oběhové náplně.
Čím vytápět byt − podlahou, stěnami, radiátory?
Systém tepelného čerpadla dokáže ohřát topnou vodu maximálně na 55 °C, a to kvůli vlastnostem chladiva a možnému tlaku kompresoru. Při projektování se však nejčastěji počítá s teplotami vody v otopné soustavě 35 °C; při vyšších klesá úspornost provozu. Právě z tohoto faktu vycházejí doporučovaná řešení vytápění — podlahové, stěnové, případně teplovzdušné si vystačí s nízkou teplotou vody nebo vzduchu.
obrázek z archivu ireceptar.czAutor: Archiv ireceptar.cz
Kdo hodlá tepelné čerpadlo použít pro radiátory, musí výpočty přizpůsobit nižšímu tzv. teplotnímu spádu 55, resp. 45 °C. Zpravidla to znamená investovat i do topných těles — použít jich více nebo s větším objemem, případně tzv. konvektory, radiátory s ventilátorem.
Pro srovnání:
- Projektování velikosti a rozmístění radiátorů v místnostech počítá až se 75 °C horké vody přitékající z kotle do těles a s 65 °C výstupní vody.
- Výpočty podlahového či stěnového vytápění nejčastěji vycházejí z teplot topné vody 35 až 45 °C.
Zajímavá je zkušenost stavebníků se zateplenými domy: V nich mnohdy vyhoví potřebám tepelného čerpadla stávající tělesa včetně litinových. Díky tepelné izolaci a menším ztrátám tepla stačí k vytápění rekonstruovaného domu nižší teplota vody v oběhovém systému. Takto se dají uspořit výdaje za instalaci nových topných těles.
směšovací kohout podlahového topeníAutor: Archiv ireceptar.cz
V podobných případech, kdy je třeba vyšší (výpočtové i skutečné) teploty vody v otopné soustavě, lze využít dvoustupňová tepelná čerpadla. Další technickou možností je měnič napětí pro pohon kompresoru, který změnou otáček mění výkon tepelného čerpadla podle aktuální venkovní teploty.
Příležitostný elektrokotel, součást systému
Maximální výkon tepelného čerpadla vypočítaný na míru danému objektu bývá ve skutečnosti potřeba několik dní v roce. I tady lze při volbě zařízení uspořit.
Místo dražšího a výkonnějšího čerpadla do systému vytápění zařadíme druhý, příležitostný zdroj tepla, například elektrokotel, plynový kotel apod.
obrázek z archivu ireceptar.czAutor: Archiv ireceptar.cz
Tepelná čerpadla projektovaná k pokrytí 60 % tepelných ztrát domu fungují zhruba do venkovní teploty kolem -2 °C. Při nižších se automaticky sepne přídavný kotel.
Tímto opatřením také prodloužíme životnost čerpadla, respektive kompresoru, který by extrémní situaci byl velmi zatížen. Některá tepelná čerpadla dokonce mají elektrokotel jako druhý zdroj tepla již zabudován.
Proto ani výše vypočtené tepelné ztráty domu nemusí odpovídat výkonu tepelného čerpadla, nýbrž součtu výkonu různých topidel. Toto řešení sice navýší provozní náklady, ale ve srovnání s investičními výdaji stále zůstane výhodné.
Většina systémů tepelných čerpadel, ve kterých se kompresor podle potřeby spouští a vypíná, akumuluje energii do nádrže nebo do tzv. taktovacího zásobníku, další části zařízení.
akumulační nádrž tepelného čerpadlaAutor: Archiv ireceptar.cz
Kolik to stojí
obrázek z archivu ireceptar.czAutor: Archiv ireceptar.cz
Co radí odborníci
Kupovat tepelné čerpadlo jako komplet s projektem, montáží, zárukou a jistotou servisu. Díky internetu lze leccos zjistit o dodavateli i dovozci, a nejen na firemních stránkách. Pozor na tzv. nejnižší ceny, zavádějící informace, nadnesené parametry, sliby. Rozhodování usnadní i zkušenosti jiných se značkou nebo dodavatelem čerpadla, s jeho provozem, regulací, hlučností či servisem.
Při volbě vhodného zdroje tepla pro rodinný dům bývá rozhodujícím kritériem srovnání pořizovacích a provozních nákladů těch řešení, která se nabízejí, čili návratnost investice.
Střízlivé rozvahy uvádějí, že čerpadlo v rodinném domě ročně uspoří například 25 tisíc korun ve srovnání s provozem plynového kotle. Při pořizovací ceně 200 000 korun to představuje osmiletou návratnost investice.
Koupě tepelného čerpadla, zejména typu země/voda, a instalace se vším náležitým však často vyžaduje vyšší náklady. Snížit je může státní dotace (dotační kalkulačka).
Faktem je, že s pořízením tepelného čerpadla člověk rázně vstoupí do světa ekologických technologií a energeticky úsporných domů.
Systém tepelného čerpadla funguje s rezervou v zateplených domech, lze ho doplnit s tzv. řízeným větráním, které zajišťuje optimální výměnu vzduchu a spoří další energii. Na čerpadlo s vrty se dá napojit nejen vytápění, ale rovnou celoroční klimatizace.