Co je tepelné čerpadlo, na jakém principu funguje

Tepelné čerpadlo je topné zařízení, které přenáší energii získanou z okolního prostředí do systému ústředního vytápění a ohřevu vody. Jedná se o ekologický zdroj tepla, který získává až 75 % energie z životního prostředí. Tepelné čerpadlo nám tedy nejen umožňuje vytápět náš domov, ale také přispívá ke snížení emisí znečišťujících látek do životního prostředí.

Jak funguje tepelné čerpadlo. Princip činnosti tepelného čerpadla od základu

Tepelné čerpadlo může pracovat v režimu chlazení i vytápění. V režimu vytápění tepelné čerpadlo přenáší energii obsaženou ve vodě, zemi nebo vzduchu do vytápěné budovy. V režimu chlazení jej naopak do vzduchu odevzdává.

Základní součásti tepelného čerpadla

1.Kompresor spojuje pracovní médium obíhající v okruhu tepelného čerpadla, stlačováním pracovního média ve formě par se zvyšuje jeho tlak a teplota, kompresor je zařízení, jehož prostřednictvím je možné přenášet energii z dolního zdroje do horního; kompresor nasává páry pracovního média a stlačuje je na kondenzační tlak.

2.Kondenzátor je výměník tepla, ve kterém probíhá proces kondenzace pracovní kapaliny cirkulující v okruhu tepelného čerpadla; při změně skupenského stavu z páry na kapalinu dochází ke zvětšení objemu, což má za následek zvýšení transformační teploty při zvýšení tlaku; díky tomuto procesu v kondenzátoru získáme vysokou teplotu, kterou můžeme přenést do topného systému budovy, přičemž přenos probíhá nepřímo na výměníku. Pokud se zkondenzované pracovní médium dostane do kontaktu s vodou cirkulující v topném systému, dochází k přenosu tepelné energie.

3.Expanzní ventil, ve kterém pracovní médium v okruhu tepelného čerpadla expanduje z kapalného stavu na plynný stav.  Expanzní ventil má dvě klíčové funkce: škrcení pracovního média, aby kompresor dosáhl požadovaného pracovního tlaku v kondenzátoru (požadovaný nárůst teploty), a expanzi, když je třeba termodynamický okruh opakovat.

4.Výparník absorbuje teplo z bezprostředního okolí, pokud pracovní médium cirkulující ve spodním okruhu zdroje prochází výparníkem, výparník odebírá teplo obsažené ve spodním okruhu zdroje.

5.Spodní zdroj tepla.

6.Oběhové čerpadlo

7.Horní zdroj tepelného čerpadla.

8.Oběhové čerpadlo horního zdroje.

Pracovní médium – jedná se o chladivo cirkulující v uzavřeném okruhu tepelného čerpadla, které mění svůj skupenský stav za podmínek různé teploty a tlaku, pracovní médium se také nazývá termodynamický faktor, bez vhodného pracovního média by přenos energie ze spodního zdroje do horního zdroje nebyl možný, vedle kompresoru, kondenzátoru, výparníku a expanzního ventilu – je pracovní médium dalším klíčovým prvkem, který zprostředkovává přenos tepla; pracovní médium by mělo mít nízký bod varu, stabilní vlastnosti v celém rozsahu termodynamické přeměny a vysoký koeficient přestupu tepla; např. Například pracovní médium R407C má normální bod varu 43,3 °C.

V našem systému tepelného čerpadla máme tři uzavřené okruhy:

1. Spodní okruh zdroje (pracovní médium: propylenglykol nebo etylenglykol.
2. Okruh tepelného čerpadla (pracovní médium termodynamického okruhu v tepelném čerpadle: R 404A, R 407C nebo R 410A).
3. Horní okruh zdroje – systém ústředního vytápění (pracovní médium voda).

Každé chladivo má jiné vlastnosti vhodné pro provoz ve vlastním okruhu.

1. Propylenglykol nebo etylenglykol – nemrznoucí směs.
2. Termodynamické médium tepelného čerpadla – vře při nízké teplotě.
3. Voda.

Tři uzavřené okruhy tvoří souvislý celek vhodně zvolených prvků pro přenos energie. Díky termodynamickému okruhu v tepelném čerpadle můžeme dosáhnout účinnosti tepelného čerpadla 400-500 %.

Princip činnosti tepelného čerpadla

1.Elektricky poháněný spirálový kompresor „1“ nasává pracovní médium ve formě páry o nízkém tlaku přibližně 1,7 bar (z výparníku „4“). Teplota nasávaného pracovního média se pohybuje mezi 0 a 5 stupni C. Pracovní kapalina je pak stlačena na tlak přibližně 14 barů. Při náhlém zvýšení tlaku vzniká vysoká teplota. Za kompresorem se nachází tlakový spínač, který ovládá kompresor. Páry pracovního média se stlačí na kondenzační tlak. Kondenzační tlak má přímý vliv na kondenzační teplotu a maximální průtokovou teplotu topného systému. Abychom mohli stlačovat a vytvářet vysokou teplotu, musíme kompresor tepelného čerpadla napájet elektřinou. Jedná se o bod v termodynamickém okruhu tepelného čerpadla, kde přiváděním elektřiny předáváme geotermální (ze země) nebo aerotermální (ze vzduchu) energii do topného systému budovy. 

2.Stlačené médium se poté přesune do kondenzátoru „2“, kde se dostane do nepřímého kontaktu s pracovním médiem topného systému (voda v uzavřeném okruhu horního zdroje). Protože okruh topného systému má nižší teplotu než pracovní médium za kompresorem, pracovní médium v kondenzátoru kondenzuje a teplo se předává do ústředního topného systému (horní zdroj). Oběhové čerpadlo „8“ s horním zdrojem cirkuluje vodu v topném systému a rozvádí teplo z kondenzátoru (výměníku tepla) k jednotlivým spotřebičům (podlahovému vytápění, radiátorům nebo fan-coilům).

3.Expanzní ventil je během komprese uzavřen a škrticí ventil reguluje cirkulaci chladiva v tepelném čerpadle. To umožňuje stlačení pracovního média na správný tlak a teplotu, zatímco kondenzační médium může předávat teplo přes výměník (kondenzátor) do topného systému. Když systém horního zdroje (okruh 3) odebírá teplo z kondenzátoru, expanzní ventil se otevře a pomalu rozpíná zkondenzované pracovní médium. Při expanzi klesá teplota provozního média tepelného čerpadla.

4 Rozšířené chladivo pak vstupuje do výparníku, kde využívá teplo cirkulujícího chladiva ve spodním okruhu zdroje (tzv. geotermální energie). Chladivo v okruhu tepelného čerpadla využívá k odpařování teplo spodního zdroje. Zde se získává geotermální energie. Při odpařování pracovní médium zvyšuje svou teplotu, aby se mohlo odpařovat, přijímá teplo ze spodního zdroje tepelného čerpadla. Na obrázku je to místo, kde se teplota pracovního média zvyšuje z -2 stupňů C na + 3 stupně C (okruh tepelného čerpadla č. 2). Naproti tomu pracovní médium nižšího zdroje (etylenglykol nebo propylenglykol) snižuje svou teplotu z + 3 stupňů C na – 2 stupně C. Glykol cirkulující ve spodním okruhu zdroje cirkuluje po celou dobu v uzavřeném okruhu „5“. Cirkulaci kapaliny zajišťuje spodní zdrojové oběhové čerpadlo „6“. Glykol se musí opět dostat do nitra země (50 až 100 m), aby jeho teplota stoupla z – 2 °C na + 3 °C.

Tepelné čerpadlo se skládá ze tří základních jednotek, které spotřebovávají elektrickou energii:

1. kompresor, který odebírá energii ke stlačování pracovní kapaliny v tepelném čerpadle a vytváří vysoký tlak a teplotu.

2. spodní oběhové čerpadlo – zajišťuje požadovaný průtok výměníkem (vertikální sonda nebo horizontální výměník).

3. Oběhové čerpadlo s horním zdrojem – zajišťuje požadovaný průtok v systému ústředního vytápění.

Do kompresoru musíme dodávat co nejvíce elektřiny. Účinnost tepelného čerpadla udává jeho COP. Jedná se o poměr tepelné energie (výkonu tepelného čerpadla) (vyjádřený v kW nebo W) k elektrické energii spotřebované kompresorem.

Pokud má tepelné čerpadlo výkon 12 kW a výrobce uvádí hodnotu topného faktoru tepelného čerpadla COP = 4, tj. tepelné čerpadlo spotřebuje 3 kW elektřiny na výrobu o 400 % více tepelné energie. Výrobce samozřejmě vždy udává parametry pro konkrétní parametry napájení. Nejčastěji se účinnost tepelného čerpadla udává pro záhadnou hodnotu B0/W30, což znamená, že projektovaná účinnost tepelného čerpadla byla vypočtena pro teplotu 0 stupňů C u spodního zdroje a 30 stupňů C u horního zdroje. Čím menší je teplotní rozdíl mezi výparníkem a kondenzátorem, tím vyšší je účinnost tepelného čerpadla. Naopak, čím větší je teplotní rozdíl, tím nižší je účinnost tepelného čerpadla (zjednodušeně řečeno, kompresor spotřebuje více elektrické energie k dosažení projektovaných parametrů na vstupu tepelného čerpadla).

COP = Qpc / Epc = 12kW / 3kW = 4

COP = 4

Při znalosti COP můžeme vypočítat, kolik elektřiny kompresor spotřebuje.

E pc = Qpc / COP = 12kW / 4 = 3 kW

Účinnost tepelného čerpadla ovlivňuje dT, rozdíl teplot mezi spodním a horním zdrojem tepla. Čím menší je teplotní rozdíl, tím méně práce musí kompresor vynaložit, aby dosáhl požadovaného účinku.

To je jeden z hlavních důvodů, proč by tepelné čerpadlo mělo fungovat v nízkoteplotních instalacích.

Přívodní teplota ústředního vytápění by měla být

• maximálně 55 stupňů C,
• optimálně 40-45 °C,
• nejlépe 30-35 °C.

Účel tepelných čerpadel

Budovy lze vytápět různými způsoby. Jedním z nich je právě použití tepelného čerpadla. Účel tohoto zařízení je téměř stejný jako u plynového kotle nebo kotle na tuhá paliva – ve všech případech zdroj tepla ohřívá vodu (nebo jiné topné médium), která pak předává teplo do systému, a tím vytápí budovu. Hlavní rozdíl je však ve způsobu ohřevu samotného topného média – v případě plynových, olejových a uhelných kotlů spalujeme fosilní paliva, která ohřívají topné médium. Vedlejším účinkem tohoto procesu jsou bohužel emise znečišťujících látek. Tepelné čerpadlo naproti tomu získává energii z okolního prostředí a pomocí části elektrické energie přeměňuje toto teplo na ústřední vytápění a teplou vodu.

Účinnost tepelného čerpadla závisí na způsobu získávání energie z prostředí. V posledních letech jsou velmi populární zařízení, která získávají teplo ze vzduchu – tzv. tepelná čerpadla vzduch-voda. Tato zařízení mohou pracovat samostatně i při venkovních teplotách až -28 °C.

Stručně řečeno, účelem tepelného čerpadla je získávat energii z okolního prostředí, transformovat ji, přepravovat a přenášet do topného systému. Tento proces se nazývá přenos energie ze spodního zdroje do horního a zajišťuje správnou teplotu uvnitř budovy.

Velkou výhodou tepelných čerpadel je, že nevyžadují každodenní údržbu. Nemusíte mít nadměrné provozní náklady – za zmínku stojí i to, že cena těchto zařízení stále klesá a stále více lidí se rozhoduje pro jejich instalaci. Z ekonomického hlediska je také důležité, že nemusíme připravovat další prostor pro skladování paliva a můžeme se obejít bez komína. Jelikož se jedná o řešení šetrné k životnímu prostředí a snižující emise, můžeme na investici získat značné dotace.

Jaké jsou typy tepelných čerpadel

Tepelná čerpadla dělíme podle dolního a horního zdroje. Spodní zdroj označuje místo, odkud zařízení čerpá energii. Může to být vzduch, země nebo podzemní voda. Horním zdrojem jsou naopak tzv. zářiče tepla, tj. místa, kam se akumulované teplo předává, např. větrací otvory, radiátory nebo podlahové vytápění.

S ohledem na různé typy spodních zdrojů lze čerpadla rozdělit na 3 typy:

Zemní tepelná čerpadla, která jsou, jak už název napovídá, poháněna zemským teplem. V závislosti na způsobu získávání energie jsou k dispozici tepelná čerpadla se zemním zdrojem s horizontálními nebo vertikálními kolektory (sondami). Sondy jsou naplněny roztokem s nízkým obsahem mrazu, který odebírá teplo z nitra země a získanou energii předává jednotce. Vodorovné kolektory se ukládají poměrně mělce do země, avšak pod zónou mrazu. Jejich instalace bohužel zabírá poměrně hodně místa. Vertikální sondy jsou jednotlivé smyčky trubek zasunuté hluboko do země. Jsou umístěny až několik desítek metrů pod zemí. Takové řešení je určeno pro místa, kde je k dispozici malý pozemek. Výhodou tepelných čerpadel země-voda je jejich stabilní provoz bez ohledu na venkovní teplotu, zatímco jejich hlavní nevýhodou jsou vysoké investiční náklady.

• Tepelná čerpadla voda-voda – v případě tohoto typu řešení se teplo získává ze spodní vody, např. vyvrtáním studny pro odběr a vypouštění vody. V některých případech může využívání vodních zdrojů zahrnovat získání příslušných povolení k vodním právům.
• Tepelná čerpadla vzduch-voda – nejběžnější řešení využívající jako spodní zdroj energii vzduchu. Výhodou čerpadel vzduch-voda je jejich instalace, která je mnohem jednodušší než u zemních čerpadel, nevýhodou je, že účinnost jednotky klesá s klesající venkovní teplotou.
• Stále oblíbenější tepelná čerpadla na bázi vzduchu jsou velmi atraktivní pro lidi, kteří chtějí změnit způsob vytápění svého domu, aniž by museli vynaložit značné investiční náklady spojené s vrtáním dalších vrtů. Instalace těchto zařízení probíhá poměrně rychle, protože není třeba žádné zemní práce.

Tepelná čerpadla vzduch-voda – nejběžnější řešení využívající jako spodní zdroj energii vzduchu. Výhodou tepelných čerpadel vzduch-voda je jejich instalace, která je mnohem jednodušší než u tepelných čerpadel vzduch-voda.

Charakteristika tepelných čerpadel se zdrojem tepla

Stále populárnější tepelná čerpadla na bázi vzduchu jsou velmi atraktivní pro lidi, kteří chtějí změnit způsob vytápění svého domu, aniž by museli vynaložit značné investiční náklady spojené s vrtáním dalších vrtů. Instalace těchto zařízení probíhá poměrně rychle, protože není třeba žádné zemní práce.

Za zmínku stojí ekologie tohoto řešení – žádné výfukové plyny, využití přírodních zdrojů – vysněný způsob vytápění místností. Kromě toho je velkou výhodou již zmíněný bezúdržbový provoz. Z toho mimo jiné vyplývá jejich popularita.

Tepelná čerpadla SPLIT – konstrukce, způsob provozu, výhody a nevýhody

Často používaným řešením je tepelné čerpadlo typu SPLIT. Skládá se z vnější a vnitřní jednotky. Ten funguje jako jednotka, tj. zařízení pro zpětné získávání a přeměnu tepla z prostředí. Vnitřní jednotka je naopak kombinací hydraulického a elektrického systému (tzv. hydrobox). Mnoho lidí jej přirovnává k typickému plynovému kotli a toto přirovnání není bezdůvodné. Vnitřní jednotka je umístěna v kotelně a s venkovní jednotkou je spojena pomocí chladicího systému. Hydrobox funguje jako přijímač tepla z venkovní jednotky a předává toto teplo do topného systému.

Propojení mezi systémy musí provádět osoba, která má kvalifikaci UDT pro fluorované skleníkové plyny (kvalifikace freonů). Tato kvalifikace je nezbytná pro správný průběh celého procesu instalace a uvedení do provozu.

Pro efektivní a bezproblémový provoz jednotky je důležitá správná délka instalace mezi vnitřní a venkovní jednotkou. Správná vzdálenost mezi instalačními jednotkami potlačí hluk generovaný venkovní jednotkou. Nespornou výhodou popsaného řešení je, že není nutné vyvést zařízení ústředního vytápění mimo budovu, a tím použít dodatečnou ochranu topného média proti zamrznutí.

Pro ty, kteří hledají uvědomělá řešení, která pomohou vytápět budovu šetrně k životnímu prostředí, může být zajímavým řešením vedle čerpadla SPLIT také čerpadlo MONOBLOK.

Monobloková tepelná čerpadla – konstrukce, způsob provozu, výhody a nevýhody

Tepelné čerpadlo vzduch-voda MONOBLOK je zařízení, které se na rozdíl od čerpadla typu SPILT skládá pouze z jedné jednotky, která je namontována mimo budovu. Jednotka soustřeďuje komponenty pro příjem a přeměnu tepla a jeho předávání do otopného systému budovy. Výhodou tohoto typu řešení je větší těsnost chladicího systému, protože je montován a zajištěn již z výroby – montáž jednotek MONOBLOK se tak omezuje na provedení hydraulické instalace. Osoba provádějící instalaci jednotky proto nemusí mít certifikát F-plyn. Přestože je popsaná jednotka ve srovnání s tepelným čerpadlem SPLIT o něco větší, je třeba si uvědomit, že u jednotky MONOBLOK nemusíme instalovat vnitřní jednotku. Nevýhodou tohoto řešení je, že topný systém musí být vyveden mimo budovu a chráněn před povětrnostními vlivy.

Shrnuto: čerpadla SPLIT a MONOBLOK jsou zařízení s podobným způsobem provozu.

Také jejich konstrukce se příliš neliší. MONOBLOK, jak již název napovídá, uzavírá celou instalaci do jediné jednotky, zatímco SPLIT vyžaduje propojení venkovní a vnitřní jednotky vytvořením chladicího systému. Pokud máte zájem o technologii vytápění založenou na zpětném získávání tepla ze vzduchu, můžete si vybrat ze dvou výše uvedených možností. Abyste si však mohli vybrat optimální řešení pro své potřeby, je vhodné zvážit i řešení, která čerpají energii ze země a vody.

Charakteristika zemních tepelných čerpadel – konstrukce, způsob provozu, výhody a nevýhody

Dalším způsobem, jak vytápět budovu pomocí přírodních zdrojů, je použití tepelného čerpadla využívajícího zemní zdroje.

Teplota půdy se mění velmi pomalu. V hloubce menší než jeden metr neklesá pod nulu, což je velkou výhodou a může rozhodovat o stabilitě celého systému. Je třeba poznamenat, že tepelná čerpadla země-voda se vyznačují stabilním provozem – pokles venkovní teploty nemá vliv na jejich účinnost.

Při rozhodování o tepelném čerpadle se zemním zdrojem je třeba přesně určit, kolik tepla váš dům potřebuje. Tento výpočet je nezbytný pro určení velikosti zemních sond, které se používají k odběru tepla ze země. Pokud je plocha podzemních sond příliš malá, můžete se potýkat s neúčinným topným systémem, což může mít za následek nevyhovující teploty uvnitř budovy.

Nevýhodou popsaného řešení jsou vysoké náklady spojené s nutností vybudování spodního zdroje – náklady na vrtné a zemní práce a instalaci sond pro odběr tepla ze země.

Charakteristika vodních tepelných čerpadel – konstrukce, způsob provozu, výhody a nevýhody

K vytápění budov můžeme využívat také přírodní zdroje vody. Již zmíněné využití tepelného čerpadla voda-voda pro vytápění prostor si postupně získává oblibu. Princip zařízení není příliš složitý: voda z odběrové studny se dostane do výparníku čerpadla, kde se teplo předá pracovnímu médiu. Voda ve studni se ochladí a pracovní médium se odpaří. Ochlazená voda se odvádí do vypouštěcí jímky. Odpařené chladivo se přivádí do kompresoru, kde se jeho teplota zvýší na několik desítek stupňů Celsia. Poté vstupuje do kondenzátoru, kde ohřívá vodu cirkulující v systému až na 50 °C.

Výhodou takového řešení jsou bezpochyby aspekty účinnosti – díky konstantní teplotě vody v zemi pracuje tepelné čerpadlo voda-voda stabilněji při nižších venkovních teplotách ve srovnání se zařízením využívajícím energii vzduchu.

Hlavními nevýhodami popsaného zařízení je nutnost získat vodoprávní povolení pro použití podzemní vody (ve zvláštních případech) a nutnost pravidelně čistit výměník kvůli minerálním usazeninám z protékající vody. Kromě toho je třeba vybudovat přívodní a vypouštěcí studnu.

Tepelná čerpadla voda-voda jsou ve srovnání se systémy vzduch-voda a země-voda přechodným řešením, a to jak z hlediska investičních nákladů, tak z hlediska stability provozu v závislosti na venkovní teplotě. Jedná se o řešení, které stojí za zvážení, pokud se na pozemku nacházejí stávající studny, které lze využít k odběru vody a jejímu vrácení – pak se výrazně snižují investiční náklady.

Vztahují se na čerpadla omezení týkající se freonů

Freony nejsou nic jiného než chladiva, která se používají ve standardních klimatizačních a chladicích zařízeních a tepelných čerpadlech. Podle zákona o F-plynech musíte být při provádění instalačních a servisních prací s obvody obsahujícími F-plyny kvalifikovaní. Proto je pro instalaci a servis tepelného čerpadla Split vyžadován certifikát F-plyn. Stojí za zmínku, že u monobloků není vyžadována žádná certifikace, protože okruh s chladivem byl namontován výrobcem z výroby a samotná instalace jednotky se omezuje na vodovodní a elektrickou instalaci.

Celkové výhody tepelného čerpadla

Největším přínosem je bezpochyby snížení účtů za vytápění prostor i ohřev vody. Další velmi důležitou výhodou tepelného čerpadla je ochrana životního prostředí. Jednotky jsou prakticky bezúdržbové a parametry můžeme měnit jak z řídicí jednotky, tak i vzdáleně pomocí webu a příslušných aplikací. Další výhody tepelného čerpadla spočívají v tom, že není potřeba komín a prostor pro skladování paliva, a také v možnosti chlazení (pokud jsou k dispozici vhodné spotřebiče).

Parametry ovlivňující provoz tepelného čerpadla

Existuje 6 klíčových parametrů, které ovlivňují kulturu provozu tepelného čerpadla, zde je jejich seznam:

1. Topný výkon tepelného čerpadla – každé tepelné čerpadlo je jiné, a proto má také jiný topný výkon. Při výběru správné jednotky je důležité mít na paměti, že tepelné čerpadlo by mělo být přizpůsobeno konkrétní budově, aby byl zajištěn tepelný komfort uživatelů.
2. Účinnost tepelného čerpadla – COP je nejzákladnější parametr, který určuje výkon tepelného čerpadla. Udává množství dodaného tepla k množství elektřiny spotřebované na výrobu tohoto tepla.
3. Životnost tepelných čerpadel – průměrná životnost tepelného čerpadla je přibližně 15-20 let. Životnost zařízení závisí na řadě faktorů, například na pravidelnosti údržby, stavu a čistotě topného systému, použitých tlumičích, kvalitě komponentů použitých při konstrukci jednotky a správnosti volby tepelného čerpadla vzhledem k potřebě tepla v budově.
4. Hlučnost tepelného čerpadla – hladina hluku nesmí překročit mezní hodnotu uvedenou v předpisech. Hluk tepelného čerpadla způsobuje především kompresor, který je umístěn mimo budovu. Hladina hluku měřená u samotného čerpadla závisí na specifikacích jednotky a obvykle je nižší než 65 dB. Podle norem může být maximální hluk dopadající na sousední pozemek u rodinných domů maximálně 50 dB ve dne a 40 dB v noci a u řadových domů 55 dB ve dne a 45 dB v noci. V praxi to znamená, že minimální vzdálenost mezi čerpadlem a sousedním pozemkem je 4 metry. Proto se nedoporučuje instalovat čerpadlo v blízkosti ložnice.
5. Velikost tepelných čerpadel – na trhu lze nalézt celou řadu modelů tepelných čerpadel, takže je zřejmé, že jejich rozměry se budou lišit. Je třeba mít na paměti, že kotelna musí být dostatečně velká, aby umožnila volné připojení instalace čerpadla k vodovodním rozvodům budovy, umístění zásobníku teplé vody a případně instalaci vnitřní jednotky nebo vyrovnávací nádrže. V úvahu je třeba vzít i volný přístup k zařízení při servisu a kontrole systému.
6. Údržba a optimalizace provozu tepelného čerpadla – optimalizaci lze provádět po analýze dat shromážděných automatikou jednotky. Je však třeba mít na paměti, že nastavení provozních parametrů musí provádět autorizovaná servisní firma. Jak často by se měla provádět údržba čerpadla? Kontrolu je vhodné provádět alespoň jednou ročně.

Co je to nízkoteplotní topný systém

Nízkoteplotní topný systém není nic jiného než typ topného systému, který pracuje s nízkoteplotní napájecí vodou. Průměrně stačí, když má topné médium (voda) teplotu přibližně 35 °C. Příkladem nízkoteplotního systému je plošné (podlahové) vytápění nebo použití fan-coilů. Čím nižší je teplota vody vystupující z tepelného čerpadla, tím účinněji jednotka pracuje, což se projevuje nižší spotřebou elektrické energie, a proto jsou nízkoteplotní systémy pro použití s tepelným čerpadlem ideální.

Jsou radiátory vhodné pro tepelná čerpadla

Tepelné čerpadlo může fungovat i s radiátorovým vytápěním. Platí, že čím nižší je průtoková teplota topného okruhu, tím úspornější je provoz tepelného čerpadla, takže při nastavování provozních parametrů jednotky je důležité odhadnout nejnižší možnou teplotu topné vody, aby byla zajištěna tepelná pohoda v budově.

Se zvyšující se teplotou topného proudu klesá COP. Sezónní COP (SCOP) pro čerpadlo vzduch-voda při teplotě průtoku 35 °C může být až 5, zatímco při teplotě průtoku 55-60 °C může klesnout na 3. Většina radiátorů v domácích instalacích (hliníkových, ocelových) je vhodná pro použití s tepelným čerpadlem. Starší budovy mají obvykle silně předimenzovanou plochu radiátorů, aby se zachovala tepelná pohoda při dodávce tepla při nižší teplotě.

Tepelné čerpadlo s fotovoltaickou instalací

Při rozhodování o instalaci tepelného čerpadla se vyplatí zvážit také investici do fotovoltaického systému. Tepelné čerpadlo využívá obnovitelnou energii z okolního prostředí, ale k přeměně tepla je zapotřebí elektřina. Pokud je energie vyráběna vlastní fotovoltaickou elektrárnou tepelného čerpadla, může se účet za elektřinu výrazně snížit nebo se tepelné čerpadlo může stát zcela nezávislým na dodávkách elektřiny.

Tepelné čerpadlo může spolupracovat přímo s fotovoltaickou elektrárnou pomocí funkce Smart Grid. Funkce se využívá tak, že se voda v topném systému přehřívá při vysoké výrobě elektřiny a přebytečné teplo se využívá v době nižší výroby elektřiny (např. v noci). Výhodou takového řešení je průběžná spotřeba energie – nemusíme se obávat ztrát energie spojených s její akumulací v distribuční síti.

Jak se řídí tepelná čerpadla

Pro zajištění tepelné pohody je důležité určit způsob regulace tepelného čerpadla a stanovit potřebné provozní parametry. Existují tři základní způsoby ovládání jednotky:

1. Udržování teploty výstupní vody – jednotka pracuje, dokud není dosažena a udržována teplota přívodní vody.
2. Regulace pomocí topné křivky – nastavením topné křivky určíme okrajové podmínky, při kterých bude jednotka pracovat (rozsah venkovních teplot). Pro extrémní venkovní teploty určíme minimální a maximální teplotu napájecí vody ústředního topení. Provoz jednotky na základě topné křivky je založen na udržování vhodné teploty vody v závislosti na venkovní teplotě. Čím nižší je venkovní teplota, tím vyšší je teplota výstupní vody.
3. Udržování konstantní teploty v místnosti – v reprezentativní místnosti je umístěn teplotní senzor. Jednotka pracuje, dokud není dosaženo nastavené vnitřní teploty. Vnitřní teplotní čidlo je kombinováno s řídicí jednotkou jednotky. Pokud však nechcete umístit regulátor do vytápěné místnosti, můžete použít samostatné teplotní čidlo.

Ekologie a tepelná čerpadla

Stále více lidí si uvědomuje důležitost ochrany životního prostředí. Tepelná čerpadla mají pověst mimořádně ekologických zdrojů vytápění, na rozdíl například od sporáků na jakýkoli druh paliva. A je to pravda – provoz tepelného čerpadla je naprosto neškodný pro naše životní prostředí, především proto, že neprodukuje žádné škodliviny, jako jsou výfukové plyny nebo popel. Aby čerpadlo správně fungovalo, musí být jeho výkon zvolen pro konkrétní budovu, kterou bude vytápět. Tím se zajistí, že bude vyrábět jen tolik tepla, kolik je skutečně potřeba.

Další vybavení

Aby tepelné čerpadlo správně fungovalo, musí být systém ústředního vytápění přizpůsoben pro příjem tepla pomocí vhodného příslušenství. Tepelná čerpadla lze provozovat s různými typy nádrží. Nejběžnější jsou vyrovnávací nádrže, jejichž účelem je zvýšit kapacitu zásob vody v systému. Tato vyrovnávací nádrž zajišťuje správné odmrazování tepelného čerpadla a zaručuje jeho správný a stabilní provoz. Někdy se akumulační nádrž používá k akumulaci tepla, ale taková řešení se ve standardních instalacích vyskytují jen zřídka kvůli velkým rozměrům nádrže a energetickým ztrátám.

Kromě vytápění prostor může tepelné čerpadlo zajišťovat také ohřev teplé vody (TUV). V tomto případě je nutné instalovat další zásobník TUV a trojcestný ventil s pohonem pro přepínání provozu tepelného čerpadla z ústředního vytápění na přípravu teplé vody a naopak.

Při instalaci monoblokových tepelných čerpadel musíme pamatovat na ochranu systému před nízkými venkovními teplotami. Za tímto účelem můžeme oddělit okruh tepelného čerpadla od systému ústředního vytápění pomocí deskového výměníku tepla; v tomto případě část systému připojenou k tepelnému čerpadlu naplníme kapalinou s nízkým bodem tuhnutí, zatímco na straně topného systému umístěného v budově můžeme použít vodu. Jednodušším způsobem, jak zabránit zamrznutí systému, je použití ventilů proti zamrznutí nebo naplnění celého topného systému propylenglykolem.

Vzduchová čerpadla samostatně nebo v kombinaci s kotlem

Pro mnoho lidí je výběr správného tepelného čerpadla důležitý a zároveň obtížný – není divu, vždyť na něm závisí tepelná pohoda v domě. Jaké tepelné čerpadlo je tedy nejlepší – samostatné nebo kombinované s kotlem?

Samostatné tepelné čerpadlo je zařízení, které odebírá přibližně 75 % tepla z okolního prostředí a zbývajících 25 % tvoří elektřina.

Tepelné čerpadlo může pracovat jako jediný zdroj tepla v monovalentním režimu (pouze provoz tepelného čerpadla) nebo v monoenergetickém režimu, kdy provozu jednotky napomáhají vestavěná elektrická topná tělesa, která se zapínají při nižších venkovních teplotách. Kromě toho lze jednotku provozovat s dalším zdrojem tepla, například s plynovým kotlem, v tzv. bivalentním režimu.

Bivalentní provoz umožňuje zapnout přídavný zdroj tepla, který podporuje provoz tepelného čerpadla a udržuje tak požadované provozní parametry (paralelní bivalentní režim), nebo vypnout tepelné čerpadlo při nízkých venkovních teplotách a zapnout přídavný zdroj, který převezme udržování parametrů na nastavené úrovni (alternativní bivalentní režim). Správně zvolené tepelné čerpadlo zajišťuje správný provoz jednotky s minimem provozních hodin elektrického ohřívače.

V současné době je na trhu mnoho modelů, které mohou pracovat při venkovních teplotách až -28 °C. V našich klimatických podmínkách jsou takové teploty velmi vzácné, což znamená, že tepelné čerpadlo se zdrojem tepla ze vzduchu je více než schopné zvládnout všechny povětrnostní podmínky bez podpory dalšího zdroje tepla.

Co je to invertorový kompresor

Invertorový kompresor je základní součástí tepelného čerpadla. Na tom závisí účinnost a životnost celé jednotky. Úkolem kompresoru je přeměnit nízkoteplotní teplo odebrané z okolního prostředí na teplo o vyšší teplotě, které můžeme využít v topném systému. Kompresor může pracovat dvěma způsoby: zapnuto/vypnuto nebo pomocí invertorové technologie.

Regulace zapnutí a vypnutí spočívá v zapínání a vypínání kompresoru v závislosti na potřebě tepla v budově. Po zapnutí běží kompresor na plný výkon. U starší generace jednotek byla použita technologie zapnuto/vypnuto.

Novější jednotky nabízené výrobci jsou vybaveny invertorovými kompresory. Invertorové kompresory se u tepelných čerpadel staly standardem. Provoz takového zařízení je založen na přizpůsobení otáček kompresoru aktuálnímu zatížení – například při vyšším zatížení (vyšší potřebě tepla) běží kompresor na vyšší výkon, zatímco při nižší potřebě tepla zařízení otáčky sníží. Výhodou je úspora energie a snížení počtu cyklů spouštění a vypínání kompresoru, což zvyšuje životnost jednotky.

Jak vybrat ideální tepelné čerpadlo pro svou budovu

Výběr správného tepelného čerpadla je nesmírně důležitý, protože na tomto zařízení závisí tepelný komfort obyvatel nebo uživatelů budovy. Široká nabídka výrobců zařízení umožňuje vybrat správnou jednotku s ohledem na specifika budovy. Nejprve je třeba odpovědět na otázku, zda bude tepelné čerpadlo sloužit pouze k ohřevu užitkové vody, nebo zda hledáme komplexní řešení, které zcela uspokojí potřeby vytápění budovy. Dalším krokem je prověření technických možností a finančního zázemí souvisejícího s investicí do zařízení a porovnání odhadovaných provozních nákladů pro různé typy tepelných čerpadel: vzduch, země a voda.

Při výběru tepelného čerpadla pro budovu je třeba věnovat zvláštní pozornost hodnotě COP. Popisuje množství tepelné energie, které se získá při spotřebě 1 kWh elektřiny. Například tepelné čerpadlo s COP = 4 vyrobí z každé kilowatthodiny elektřiny 4 kilowatthodiny tepelné energie, tj. 3 kilowatthodiny pocházejí z obnovitelného zdroje (např. vzduchu, země, vody). Je však třeba si uvědomit, že COP se stanovuje pro různé teplotní podmínky, takže pro ucelenou představu je nutné porovnat popsaný koeficient pro stejné parametry měření.

Jak určit potřebu tepla v budově

Především je důležité si uvědomit, že výkon tepelného čerpadla by měl být zvolen podle konkrétní potřeby tepla v budově. Jak ale tuto poptávku určit, aby nebyla ani nadhodnocena, ani podhodnocena? Nejprve je nutné znát rozlohu budovy a podlahovou plochu, která má být vytápěna. Jak zjistíte, kolik tepla budova potřebuje?

Před výběrem je třeba provést podrobný výpočet maximálního topného výkonu budovy. Důležitými parametry jsou vytápěný objem – teplota, na kterou chceme vytápět místnosti, a technické parametry budovy, jako je typ příček, izolace, stav a typ vnějších dveří a oken, případné tepelné mosty v budově atd. Všechny potřebné informace pro výběr čerpadla jsou získány během návštěvy konzultanta.

Kolik můžete ušetřit s dobrým tepelným čerpadlem

Tepelné čerpadlo je známé nejen jako ekologické, ale také jako ekonomické řešení. Pokud se rozhodnete pro tento způsob vytápění, ušetříte oproti běžným řešením opravdu značné množství peněz. Velkou výhodou tepelných čerpadel je, že většinu energie získávají ze vzduchu, země nebo jiného zdroje – spotřeba elektřiny může tvořit jen pětinu celkové získané energie. Vytápění pomocí tepelného čerpadla může být až o několik tisíc eur ročně levnější než vytápění jinými zdroji tepla, jako je olejový kotel, plynový kotel nebo starší generace kotlů na uhlí.

Další výhodou pro volbu tepelného čerpadla je skutečnost, že u tohoto typu řešení se můžeme obejít bez stavby komína a místa pro skladování paliva.

Tepelné čerpadlo – shrnutí

Tepelné čerpadlo je nekonečný zdroj energie, který neznečišťuje životní prostředí, je trvanlivý a umožňuje nezávislost na každoročním zvyšování výdajů na vytápění. Investice do instalace tepelného čerpadla nejen stabilizuje vaše výdaje, ale umožní vám také dosáhnout úspor. Je to dobré řešení pro lidi, kteří se řídí rozumem (pokud jde o hospodaření s domácím rozpočtem) a starostí o budoucnost naší planety a její stav, který zanecháme budoucím generacím.