Teplo z přírody, aneb jak fungují tepelné čerpadla

Tepelná čerpadla jsou řazena do kategorie energeticky úsporných zařízení, neboť využívají energii přírody – země, vody či vzduchu, mění ji na vyšší teplotní hladinu a využívají k topení či ohřevu užitkové vody. Aby mohl tento proces proběhnout, je ovšem třeba dodat určité množství energie – spotřebují asi třetinu toho, co do systému dodají.

Daikin Altherma představuje komplexní řešení pro vytápění, chlazení a ohřev teplé vody. Tento systém je založený na principu tepelného čerpadla vzduch-voda. Daikin Altherma je ideálním řešením pro snížení spotřeby energie a emisí CO₂.
Díky vysoké energetické účinnosti se jedná o efektivní alternativu k tradičním zdrojům tepla, která díky kvalitní kompresorové technologii dokáže vzít nevyčerpatelné teplo z okolního prostředí a přeměnit ho v energii, se kterou lze vytápět objekt či ohřívat vodu. Další výhodou je velmi snadná instalace. Na výběr máte hned několik typů tepelných čerpadel Daikin: nízkoteplotní tepelné čerpadlo, vysokoteplotní tepelné čerpadlo a geotermální tepelné čerpadlo. FOTO DAIKIN

Není jedno jako druhé

Tepelná čerpadla využívají energii země, vody či vzduchu – fungují na principu odnímání tepla z okolního prostředí.
Typ země-voda (zdrojem energie je země odčerpávaná prostřednictvím):
– zemní sondy – zde jsou nevýhodou vyšší pořizovací náklady, výhodou jsou stálé podmínky, možnost pasivního chlazení, příznivý topný faktor (COP).
– kolektoru – nevýhodou je potřeba velké plochy pro instalaci výměníku a kolísání teploty, instalace je však levnější než v případě zemní sondy

Typ voda-voda:
– využívá energie vody, výhodou jsou stálé podmínky a možnost pasivního chlazení, příznivý COP, nevýhodou jsou vyšší náklady na vrt a koupi zařízení
– v případě zdroje s dostatečnou kapacitou lze využívat i odpadní vodu

Typ vzduch-vzduch:
– využívá energie vzduchu, v současné době jde o nejvyužívanější, účinný a také nejlevnější ze zmíněných druhů
– nevýhodou je zimní provoz – je nutné zajistit odtávání námrazy na výparníku, také kolísá výkon zařízení v závislosti na teplotě a vlhkosti venkovního vzduchu, horší COP

Moderní tepelné čerpadlo nové generace ENBRA i-SHWAK (biblok) s venkovní a vnitřní jednotkou má integrovaný zásobník 190 nebo 250 l, rozhraní pro nadřazenou regulaci 0–10 V, výstup pro hlášení poruchy, možnost vzdáleného přístupu přes internet (s regulátorem Hi-T), technické parametry certifikovány nezávislou autorizovanou zkušebnou Eurovent. Vývoj i výroba v EU. FOTO ENBRA

Jak to funguje

Tepelné čerpadlo obvykle sestává ze dvou částí – venkovní a vnitřní. Prostřednictvím venkovní jednotky je odebíráno teplo z daného prostředí, vnitřní součást zajišťuje předávání tepla do topného systému. Existují však již také kompaktní jednotky, které sdružují obě části. Základními prvky tepelného čerpadla jsou výparník, kompresor, kondenzátor a expanzní ventil. Teplo odebrané venkovnímu prostředí je ve výparníku předáno pracovnímu médiu – kapalnému chladivu – při relativně nízké teplotě. Při zahřívání chladiva dojde k jeho odpaření a páry jsou poté stlačeny vysokým tlakem v kompresoru. Stlačené chladivo postupuje do kondenzátoru, tam při kondenzaci předává teplo topné vodě za vyšší teploty, než bylo teplo ve výparníku odebráno. V expanzním ventilu pak dochází ke snížení tlaku chladiva na původní hodnotu ve výparníku.

Kontrola tepelného čerpadla by měla být prováděna jedenkrát ročně a měla by zahrnovat nejen kontrolu čistoty vstupních cest zdrojového média, ale i čistotu topného okruhu tak, aby nedocházelo ke snížení množství zdrojového média ani vody v topném systému.

Invertorové tepelné čerpadlo vzduch-voda WPL 15 AS/ WPL 25 A ke kompaktní venkovní instalaci, která minimalizuje potřebu místa v domě a je díky maximálně tichému provozu vhodná i do hustější zástavby. Rychlá montáž díky hydraulické přípojce a koncepci připojení. Tento typ tepelného čerpadla lze kombinovat s vyšším počtem zásobníků užitkové vody či systémových a akumulačních zásobníků. FOTO STIEBEL ELTRON

Před koupí

Ovšem před pořízením tepelného čerpadla je třeba mít na paměti, že jde o technologicky složité a finančně náročné zařízení, a v opačném případě by se mohlo stát, že jeho životnost bude kratší než návratnost vložených nákladů. Lákavá cena nekvalitních výrobků pak může vést ne k úsporám, ale k nákladné údržbě a tedy zvyšování finanční zátěže. Současně je třeba mít na paměti investici do případných souvisejících stavebních a instalačních prací. Zařízení vyžaduje také pravidelnou kontrolu systému před začátkem topné sezóny, často povinné jsou i záruční kontroly.

Všechna tato rizika může eliminovat pomoc odborníka renomované firmy s dobrými referencemi, který poradí vhodný typ čerpadla vzhledem k lokalitě, ale také s ohledem na nemovitost, její aktuální i budoucí stav, úroveň energetické úspornosti při míře plánovaného využívání a podobně. Před výběrem konkrétního typu je proto potřeba spočítat potřebný výkon, přičemž významným parametrem je v tomto případě tzv. topný faktor (COP).

Tepelné čerpadlo ENBRA i-HWAK (monoblok) je úsporný zdroj tepla s možností chlazení a řízeného odvlhčování (ve spojení s fan-coily). Díky plynule řízenému výkonu kompresoru, oběhového čerpadla a ventilátorů (3x DC invertor) dosahuje hospodárného provozu (energetická třída A++), rozhraní pro nadřazenou regulaci 0–10 V, výstup pro hlášení poruchy, možnost vzdáleného přístupu přes internet (s regulátorem Hi-T), snadná instalace bez zásahu do chladicího okruhu, technické parametry certifikovány nezávislou autorizovanou zkušebnou Eurovent. Vývoj i výroba v EU. FOTO ENBRA

Pokud se v porovnání se stávajícím stavem jeví investice do tepelného čerpadla jako rentabilní, je na místě posoudit podmínky, za nichž bude přístroj fungovat, s jakými dalšími zařízeními a také co vše by měl splňovat. Jestliže nebude využíváno jako jediný zdroj, ale v kombinaci s jiným zdrojem, je nezbytné zajistit i kvalitní systém řízení. Tepelná čerpadla, především vzduch-vzduch, jsou často využívána společně s elektrokotli. Protože jde o náročný systém, lze pouze doporučit při samotné instalaci tepelného čerpadla pečlivý výběr firmy, která zajistí kontrolu zapojení tepelného čerpadla, uvedení do provozu a nastavení regulace.

Topný faktor (COP – Coefficient of performance) je ukazatelem energetické účinnosti tepelného čerpadla, který je dán přesným poměrem mezi vyrobeným teplem, dodaným do topného systému, a spotřebovanou elektrickou energií. Nejčastěji se hodnota COP pohybuje v intervalu hodnot 3 až 5. Platí, že čím vyšší topný faktor, tím nižší energetická náročnost zařízení a vyšší efektivita. Hodnota COP závisí na pracovních podmínkách zařízení.

Schéma venkovního zapojení tepelného čerpadla systému vzduch/voda. ZDROJ STIEBEL ELTRON

Schéma vnitřního zapojení tepelného čerpadla systému vzduch/voda. ZDROJ STIEBEL ELTRON

Topí, chladí, větrá…

Dnes už je celkem běžné, že je na tepelné čerpadlo napojeno více technologií v objektu. Aby byl totiž jeho provoz co nejekonomičtější, je vhodné, aby pracovalo po celý rok, ne pouze nárazově. Současně je jeho činnost tím výhodnější, čím nižší je teplota, na niž přečerpává odebrané teplo. Zařízení by proto nemělo být nastaveno na příliš velké přetápění a výkon uměle snižován regulací topení, ale raději seřízeno na nižší výkon s minimální potřebou regulace. Vysoká teplota vody v systému tepelné čerpadlo zatěžuje, prodražuje se také jeho provoz a zkracuje se životnost. Obecně účinnost, a tedy životnost tepelného čerpadla snižují časté starty, přerušovaná činnost a již zmíněná příliš vysoká teplota topné vody v otopné soustavě.

Dnes je již možné tepelným čerpadlem vytápět dům, ohřívat užitkovou vodu nebo vodu v bazénu, může pracovat i jako klimatizace nebo větrání. Činnost jednotlivých napojených zařízení musí být vzájemně sladěna, aby se energeticky neovlivňovala. Systémy je možné časově synchronizovat – předem nastavit dobu i teplotu vytápění během 24 hodin, regulaci teploty v místnostech, ohřev vody na určitou teplotu a podobně. Současně je například při ohřívání vody důležité, aby nebyla užitková teplá voda ohřívána společně s otopnou vodou, ale v samostatném zásobníku. Pak je možné ohřívat oba druhy teplé vody na rozdílnou teplotu podle potřeby. Současná tepelná čerpadla jsou již proto vybavena takzvanou ekvitermní regulací, která v závislosti na venkovní teplotě mění nastavení stupně ohřevu topné vody, teplota v interiéru se pak mění ne skokově, ale pozvolna, provoz tepelného čerpadla je také úspornější.

Schéma zapojení tepelného čerpadla systému vzduch/voda. ZDROJ STIEBEL ELTRON

Schéma zapojení tepelného čerpadla systému země/voda se zemními kolektory. ZDROJ STIEBEL ELTRON

Od 26. 9. 2015 budou muset být všechna tepelná čerpadla do jmenovitého tepelného výkonu 70 kW vybavena energetickými štítky a souběžně s tímto datem budou muset nová zařízení začít splňovat minimální hodnoty sezónní energetické účinnosti vytápění, které budou závazné pro tepelná čerpadla do jmenovitého tepelného výkonu až 400 kW.

FOTO STIEBEL ELTRON

TEXT Dana D. Daňková
FOTO archiv firem
ZDROJ časopis HOME speciál podzim 2016, JAGA MEDIA, s.r.o.