Tepelná čerpadla – čerpejte energii z přírody

Úsporné a ekologické bydlení má čím dál tím větší význam. Hledají se řešení, jak šetrně přistupovat k životnímu prostředí, jak využívat přírodu a její zdroje k životu a současně nevyhazovat peníze z domácího rozpočtu z okna ven.

Do popředí se dostávají obnovitelné zdroje energie. Díky nim je možné snižovat závislost na fosilních palivech, neškodit přírodě a v neposlední řadě i výrazně šetřit. Významným zdrojem energie jsou tepelná čerpadla. Jedním z optimálních řešení vytápění je tepelné čerpadlo. Dokáže zajistit dostatek tepla pro rodinný dům, bytovku i průmyslový objekt. V důsledku nízkých tepelných ztrát je pro tepelná čerpadla nejvýhodnější nízkoteplotní otopná soustava – podlahové nebo stěnové vytápění. V současnosti však díky neustálému vývoji technologií je možné čerpadla používat u všech otopných systémů.

Přednosti tepelných čerpadel
Tepelná čerpadla jsou zařízení, která odebírají teplo z okolního prostředí, transformují ho z nižší teplotní úrovně na vyšší a dále odevzdávají otopným tělesům na vytápění či k přípravě teplé vody. Pozornost široké veřejnosti získávají tepelná čerpadla především díky svým ekonomickým výhodám. Ekonomickou a energetickou efektivnost systému je však třeba hodnotit vzhledem ke konkrétním klimatickým podmínkám, délce provozu během roku a rovněž způsobu využívání získané tepelné energie. Čím větší energetické nároky rodinný dům má, tím výrazněji pocítite úspory. Vytápění tepelným čerpadlem je až o 2/3 úspornější než vytápění tradičními zdroji a navíc díky němu získáte nezávislost na vytápění fosilními palivy. Kromě ekonomické efektivity je nezanedbatelnou předností tohoto způsobu vytápění ohleduplnost k životnímu prostředí. Používáním tepelných čerpadel totiž můžete výrazně snížit emise skleníkových plynů a dalších škodlivin v ovzduší.

Nízká spotřeba elektrické energie
V našich podmínkách není používání tepelných čerpadel zatím tak běžné jako v zahraničí. Postupně však roste zájem o tento způsob vytápění i u nás. Tepelné čerpadlo pracuje na principu chladicího termodynamického oběhu. Čerpadlo odebírá jinak nevyužitelné nízkopotenciální teplo z přírody nebo průmyslové činnosti a přeměňuje ho pomocí elektrické energie na teplo. Takto vytvořené teplo s vyšším potenciálem je možné používat k různým účelům – přípravě teplé vody, vytápění nebo k různým technologickým ohřívacím procesům. Tepelné čerpadlo, které spotřebuje 1 kWh elektrické energie, dodá třikrát až pětkrát více energie ve formě tepla. Aby čerpadlo bylo účinné a jeho využívání efektivní, musí se správně nadimenzovat. Výkon tepelného čerpadla není nutné instalovat na 100 % tepelných ztrát objektu. Postačí dimenzování na 70 %, zbytek ztrát pokrývá doplňkový zdroj tepla. Instalace výkonu na 100 % tepelných ztrát je nevýhodná, protože by se zvýšily investiční náklady a snížila úspora provozních nákladů.

Podle způsobu odebírání tepla buď z vody, vzduchu nebo země rozdělujeme tepelná čerpadla na tři základní typy: voda – voda, vzduch – voda a zem – voda. Při výběru vhodného čerpadla musíte zvážit své možnosti čerpání primárního zdroje, jaký výkon vytápění požadujete a jaký je příkon elektrické energie.

Způsoby získávání energie z vody
Tepelné čerpadlo voda – voda umožňuje získávat tepelnou energii z podzemní vody prostřednictvím studně nebo z povrchové vody z jezera, rybníků a řek. Na to, abyste mohli získávat tepelnou energii čerpáním ze studniční vody, musíte mít vhodné hydrogeologické podmínky a též dostatečnou vydatnost podzemní vody (pro rodinný dům musí dosahovat 0,5 l/s). Nevýhodou je potřeba dostatečného zdroje tepla a dvou studní, jedné čerpací a druhé vsakovací. Výhodou tohoto systému jsou nižší počáteční finanční náklady ve srovnání s náklady, které je třeba vynaložit na vrty u tepelného čerpadla zem – voda. Tepelnou energii můžeme získávat i z povrchové vody. V tomto případě ukládáme kolektor z plastových trubek na dno řeky nebo rybníka.
–>–>
Jak funguje čerpadlo voda – voda?
Voda je relativně stabilní zdroj tepla s vyšší teplotou (7 až 12 °C). Předností čerpadel pracujících na principu voda – voda je vysoký faktor vytápění, protože dosahují maximální teploty topné vody 62 °C. Fungují již při teplotách vody od 4 do 20 °C. Tepelné čerpadlo voda – voda odebírá ze zdroje (většinou ze studně, ale i z řeky nebo rybníka) vodu. Voda prochází výměníkem čerpadla, v němž se odebírá část jejího tepla. Takto ochlazená voda se vrací zpět do země druhou studní (vsakovací).

Mezi zdroji vody se musí dodržet minimální vzdálenost, a to 10 m. Oproti elektrickému vytápění dosáhnete až 80 % úspory finančních nákladů, takže investice vložená do tepelného čerpadla voda – voda se vrátí za krátkou dobu.

Jednoduchá a rychlá instalace čerpadla vzduch – voda
Výhodnou investicí je tepelné čerpadlo pracující na principu vzduch – voda. Protože se vzduch nachází všude kolem nás, nemusíte u tohoto typu čerpadla budovat nákladný zdroj tepla. Tento systém lze realizovat bez omezení, přičemž montáž je snadná a rychlá. Určitě oceníte skutečnost, že tepelné čerpadlo vzduch – voda může pracovat s teplotou venkovního vzduchu od –20 do 35 °C, přičemž dosahuje maximální teploty topné vody 55 °C. Výhodou tohoto typu jsou nižší počáteční finanční náklady, ale na druhé straně je nevýhodou klesající výkon čerpadla při snižování teploty venkovního vzduchu. Účinnost čerpadla se začíná postupně snižovat při teplotě – 5 °C, proto se doporučuje vytápět záložním zdrojem tepla. Některé typy tepelných čerpadel mají už přímo zabudované přídavné elektrické topení v podobě elektrické spirály. V přechodných obdobích, kdy je teplota vody a země oproti teplotě vzduchu nižší, je však tento typ čerpadla nejúčinnější. Předností tepelného čerpadla typu vzduch – voda je též možnost jeho instalace kdekoliv, rozhodně k tomu nepotřebujete velký pozemek.

Dva druhy čerpadel vzduch – voda
Tepelné čerpadla vzduch – voda jsou ve srovnání s ostatními otopnými systémy s vysokým topným faktorem úsporné. Rozlišujeme kompaktní tepelná čerpadla a takzvané split systémy.

Kompaktní jednotky mají vestavěný deskový výměník, z něhož je možné se přímo napojit přes akumulační zásobník na rozvod ústředního vytápění. Vzhledem k tomu, že se celá jednotka nachází v interiéru, není zapotřebí rozvod chránit proti zamrznutí vody.

Split systémy se skládají z venkovní a vnitřní jednotky. Venkovní jednotku, kterou se doporučuje instalovat na volném prostranství, nejlépe na nejteplejším místě (na střeše či mimo objekt), tvoří kompresor, ventilátor a výparník. Ventilátor nasává vzduch do výparníku, který odebírá tepelnou energii a potrubím ji vede do vnitřní části. V tomto případě je nutné rozvod chránit proti zamrzání. Vnitřní jednotka je umístěna ve vhodném vnitřním prostoru, nejlépe v kotelně, strojovně či provozní místnosti, a je propojena s venkovní jednotkou do jednoho okruhu. Získané nízkopotenciálové teplo vnitřní jednotka transformuje na vyšší tepelnou úroveň a odevzdává ji otopnému systému. Největší výhodou split systému je, že hluk z kompresoru zůstává mimo objekt.

Stabilním zdrojem tepla je zem
K nejstabilnějším zdrojům tepla patří zem, protože už při hloubce minimálně 80 cm nezamrzá. Tepelné čerpadlo zem – voda využívá jako zdroj tepla zem. To je možné díky oběhovému okruhu naplněnému solankou (nemrznoucí směsí). Tepelné čerpadlo zem – voda zajišťuje přenos tepla buď prostřednictvím plošného kolektoru z plastových trubek uloženého v zemi vodorovně, nebo ve vertikálních vrtech. Vodorovné (plošné) uložení není finančně náročnější, vyžaduje však rozsáhlejší výkopové práce a větší pozemek. Navíc na místě, kde je kolektor umístěn, nelze stavět. Obecně lze říci, že na 1 kW výkonu tepelného čerpadla potřebujete asi 30 m² pozemku. Při instalaci potrubí se musí dodržet vzájemná vzdálenost potrubí 1 m a hloubka uložení potrubí do země 1,5 až 2 m. U vertikálních vrtů nepotřebujete velký pozemek, ale vrtné práce jsou poměrně nákladné. Hloubka vrtů se pohybuje v rozpětí 50 až 120 m a závisí na výkonu čerpadla a geologických poměrech. Na 1 kW výkonu tepelného čerpadla potřebujete přibližně 10 až 12 m vrtu.
Fungování tepelného čerpadla zem – voda spočívá v odevzdávání tepla z půdy pomocí nemrznoucí směsi, která cirkuluje v kolektoru. Cirkulující voda se při přechodu zemním kolektorem ohřívá a putuje do výměníku tepelného čerpadla. Voda se ochlazuje ve výparníku a odebrané teplo se odevzdává dále. Pamatujte na to, že tento proces zem podchlazuje a způsobuje její pomalejší rozmrzání. Podchlazení země může ohrozit nejen pěstovanou zeleninu či jiné rostlinstvo, ale i dům. Pro tepelná čerpadla je optimální jílovitá půda, která dobře vede teplo. Tepelné čerpadlo zem – voda je schopné ohřát topnou vodu až na 62 °C a pracuje při teplotách zdroje od –10 do 20 °C. Pořízením tepelného čerpadla zem – voda můžete dosáhnout až 70 % úspory energie potřebné k vytápění.

Text: Katarína Vilkovská ve spolupráci s firmou Vaillant Group
Foto: NIBE, Stiebel Eltron, Vaillant