V posledných rokoch sa tepelné čerpadlo stalo jedným z najčastejšie volených riešení vykurovania, ktoré sa hodí pre novostavby aj staršie domy. V moderných domoch s dobrým zateplením funguje veľmi efektívne a často zabezpečuje nielen kúrenie a ohrev vody, ale aj chladenie v lete. S ohľadom na klimatické zmeny je potreba chladenia domácností čoraz aktuálnejšia.
Princíp fungovania tepelného čerpadla a jeho účinnosť
Tepelné čerpadlo teplo nevyrába spaľovaním žiadneho paliva, ale ho len prepravuje z miesta, kde ho nepotrebujeme, na miesto, kde ho potrebujeme. Celý proces zabezpečuje teplonosné médium, ktoré sa prirovnáva k chladničke - na jednej strane chladí (odoberá teplo) a na druhej zohrieva (odovzdáva teplo). Teplo potrebné na vykúrenie interiérov domu sa pritom bežne odoberá z okolitej zeminy, podzemnej vody alebo vonkajšieho vzduchu a odovzdáva sa vykurovacej vode.
Pri tepelných čerpadlách sa často stretnete s označením COP alebo SCOP. Ak má čerpadlo napríklad COP 4, znamená to, že z jednej kilowatthodiny elektriny dokáže vyrobiť približne štyri kilowatthodiny tepla.
Rovnako dobre však môže tepelné čerpadlo fungovať aj opačne - pomocou jedného výmenníka odoberie teplo vode, ktorú potom možno využívať na chladenie, a pomocou druhého ho odovzdá vo vonkajšom prostredí (zemine, studničnej vode alebo vzduchu). To, že tepelné čerpadlo dokáže vykurovať s veľmi nízkou spotrebou energie, je známe, ale pomocou tohto zariadenia je možné s nízkymi nákladmi aj chladiť.
Typy tepelných čerpadiel a ich využitie pre chladenie
Tepelné čerpadlo vzduch - voda
Najrozšírenejším riešením pre rodinné domy je systém vzduch-voda. Výhodou je jednoduchá montáž a nižšie investičné náklady. Systém odoberá energiu zo vzduchu. Teplo potrebné pre vykurovanie sa získava zo vzduchu, ktorý je zohriaty slnkom a je dostupný všade. Keď je potrebná väčšina vykurovacieho tepla - v zime - je vzduch ako zdroj tepla najchladnejší. Energia zo vzduchu je zadarmo a pritom môže slúžiť na vykurovanie aj chladenie vašej domácnosti.
Tepelné čerpadlo vzduch-voda je zariadenie, ktoré umožňuje efektívne získavať energiu zo vzduchu. Základom je chladiaci okruh s chladivom, ktoré sa po obohatení energiou zo vzduchu stlačí kompresorom, čím sa zvýši jeho teplota na úroveň potrebnú pre vykurovanie. K dispozícii sú v prevedení pre vonkajšiu aj pre vnútornú inštaláciu. V prípade vnútornej inštalácie sa umiestni do technickej miestnosti a na fasáde sú viditeľné iba dve vzduchové mriežky. Pri vonkajšom prevedení stojí stroj na záhrade.
Tepelné čerpadlo zem - voda
Pri systéme zem-voda sa energia získava zo zeme. Tieto tepelné čerpadlá čerpajú tepelnú energiu z pôdy prostredníctvom podzemných potrubí, cez ktoré preteká ekologická zmes soľanky. Sú ideálnou voľbou pre rodinné domy s vhodným pozemkom. Výhodou vrtu je, že v zime môže dodávať teplo a v lete chlad pre chladenie domu.
Tepelné čerpadlo voda - voda
Tento typ využíva energiu z podzemnej vody. Ide o veľmi účinné riešenie, no je možné ho použiť len tam, kde sú vhodné hydrogeologické podmienky, napríklad pri domoch v blízkosti vodných zdrojov, studní alebo v oblastiach s vysokou hladinou podzemnej vody. Tepelné čerpadlo voda-voda je vlastne iné použitie systému zem-voda, pri ktorom energiu odoberáme z nejakého zdroja vody. Môže ním byť napríklad studňa alebo povrchový vodný tok. Spotreba vody pre vykurovanie je však veľká, musíme počítať najmenej s 0,3m³/hod na 1 kW tepelnej straty domu.
Konštrukčné riešenia: Monoblok alebo split
Okrem samotného zdroja energie sa tepelné čerpadlá líšia aj svojou konštrukciou:
- Monoblok: Pri monobloku je celý chladiaci okruh uzavretý vo vonkajšej jednotke. Do domu ide už len voda. Chladivo je súčasťou samotnej jednotky tepelného čerpadla a je naplnené, hermeticky uzatvorené a prísne kontrolované už vo výrobe. Častým argumentom v neprospech riešenia monoblok je možnosť zamrznutia tepelného čerpadla pri dlhodobom výpadku elektriny, avšak takýto jav je veľmi zriedkavý.
- Split systém: Pri split systéme je chladivo prítomné medzi vonkajšou a vnútornou jednotkou. V tomto prípade nie sú komponenty chladivového systému súčasťou jedného zariadenia, ale sú rozdelené medzi vonkajšiu a vnútornú jednotku. Vyladenie systému preto nie je vopred zaručené.
Chladenie v rodinnom dome: Aktívne a pasívne metódy
Tepelné čerpadlo dokáže v letných mesiacoch zabezpečiť príjemné chladenie vo vašej domácnosti. Ak je požiadavka aj na chladenie, je na mieste určiť projektantom aj tepelné zisky. Pri chladení sa systém otáča; tepelné čerpadlo odoberá teplo zvnútra a odovzdáva ho do okolia.
Pasívne chladenie
Pasívny režim chladenia je možný len pri tepelných čerpadlách voda-voda a zem-voda. Pri pasívnom chladení sa nízka teplota podzemnej vody alebo zeme prenáša výmenníkom tepla prostredníctvom obehového čerpadla na vykurovací systém. Kompresor tepelného čerpadla sa neaktivuje, tepelné čerpadlo zostane „pasívne“.
Aktívne chladenie
Aktívne chladenie je možné využiť pri všetkých troch typoch tepelného čerpadla (vzduch-voda, voda-voda, zem-voda). Pri aktívnom režime chladenia zapájame do procesu kompresor.
Chladenie s tepelným čerpadlom Vaillant
Stropné chladenie: Efektívna a komfortná alternatíva
Na ochladenie interiéru s nízkymi nákladmi pomocou tepelného čerpadla sa často využíva stropné chladenie. V klasickej „fúkacej“ klimatizácii prúdi vzduch z miestnosti okolo tepelného výmenníka, pomocou ktorého sa z neho odoberá teplo. Pretože plocha výmenníka je pomerne malá, na to, aby sa vzduch v miestnosti účinne vychladil, musí mať jeho povrch veľmi nízku teplotu (asi 6 °C). Na takto studenom povrchu sa však okamžite začne zrážať vlhkosť obsiahnutá v teplom vzduchu - na jej tvorbu spotrebuje klimatizácia 20 až 30 % energie.
Pri chladení vodou (s využitím tepelného čerpadla) sa používajú chladiace stropy - rúrkovým registrom (podobným ako pri podlahovom vykurovaní) prúdi chladná kvapalina, ktorá ochladí plochu stropu a od tej sa vychladí celá miestnosť. Teplota stropu musí byť vyššia, ako je teplota rosného bodu v miestnosti (závisí najmä od teploty a relatívnej vlhkosti vzduchu), inak by sa na strope začala zrážať voda. Takáto teplota sa dosiahne cirkuláciou chladiacej vody, ktorá má na prívode asi 16 °C. Veľkosť chladiacej plochy (najlepšie celý strop) je niekoľkonásobne väčšia než chladiaca plocha v klasickej klimatizácii, preto sa aj pri jej vyššej teplote dá interiér ochladiť na príjemnú hodnotu.
Výhody a nevýhody stropného chladenia
- Výhody:
- Nižšie prevádzkové náklady (vyššia efektívnosť a príjemný pocit pri vyššej teplote) v porovnaní s klasickou klimatizáciou (10 až 20 % nákladov na elektrinu).
- Príjemné chladenie bez prievanu.
- Neovplyvňuje vlhkosť vzduchu tak drasticky ako klimatizácia.
- V kombinácii s rekuperáciou a inteligentným riadením poskytuje maximálny komfort.
- Nevýhody:
- Nebezpečenstvo kondenzácie vodnej pary na povrchu chladiaceho stropu, ak teplota privádzanej vody nie je správne nastavená. Liekom je taká teplota privádzanej vody, aby teplota chladiacej plochy bola vyššia než teplota rosného bodu.
- Nie je vhodné do miestností s vysokou vlhkosťou, ako sú napr. kúpeľne, v ktorých by sa na strope zrážali pary.
Možnosti inštalácie stropného chladenia
- Podomietkové registre: Rúrka sa uchytí pomocou líšt na plochu stropu a omietne sa (omietka má hrúbku 15 až 20 mm).
- Chladiaci sadrokartón: Vyrába sa z bežného sadrokartónu - z rubovej strany sa vyfrézuje drážka, do ktorej sa vloží rúrka, zatmelí sa a prelepí spevňujúcou sklotextilnou mriežkou. Rúrka je zapracovaná v rubovej strane, montuje sa a vyzerá podobne ako bežný sadrokartón.
- Zaliatie do betónu: Rúrky stropného chladenia sa pri stavbe zabudujú do stropu - uložia sa do debnenia a zalejú betónom. Výhodou je jednoduchá realizácia a tiež to, že sa neznižuje svetlá výška miestnosti.
Kombinácia klimatizácie a stropného chladenia je možná a v niektorých prípadoch aj odporúčaná. Stropné chladenie poskytuje príjemnú a rovnomernú teplotu bez prievanu, zatiaľ čo klimatizácia môže rýchlo znížiť teplotu v prípade extrémnych horúčav.
Kvalita vzduchu a vetranie: Kľúč k zdravému domovu
Správne vetranie je základom zdravého a komfortného bývania. Rodinný dom potrebuje neustály prísun čerstvého vzduchu, ktorý zároveň odvádza nadbytočnú vlhkosť, pachy či nečistoty. Ak je výmena vzduchu nedostatočná, vznikajú problémy ako zvýšená vlhkosť, tvorba plesní alebo nekomfortné prostredie pre obyvateľov.
Ideálna vlhkosť v domácnosti sa pohybuje medzi 40 - 60 %. Ak je nižšia, vzduch pôsobí príliš sucho, čo môže spôsobovať podráždenie slizníc, únavu alebo bolesti hlavy. Stabilná teplota v rozmedzí 21 - 24 °C počas leta je kľúčová pre pocit pohody. Náhle výkyvy teploty - napríklad medzi interiérom a exteriérom - zvyšujú riziko prechladnutí či migrén. Plesne vznikajú najčastejšie v priestoroch s vysokou vlhkosťou a nedostatočným vetraním. Najlepšou prevenciou je kombinácia pravidelnej výmeny vzduchu a udržiavanie stabilnej vlhkosti.
Typy vetrania
- Prirodzené vetranie: Otváranie okien dokáže rýchlo vyvetrať miestnosť, no prináša aj nevýhody - nekontrolovanú stratu tepla v zime alebo prienik horúceho vzduchu v lete.
- Nútené vetranie: Využíva ventilačné jednotky alebo potrubné systémy, ktoré aktívne zabezpečujú prívod čerstvého vzduchu a odvod vydýchaného.
- Rekuperácia: Patrí medzi najmodernejšie a najúspornejšie riešenia vetrania. Teplo z odvádzaného vzduchu sa využíva na ohrev privádzaného čerstvého vzduchu. Spotreba moderných rekuperačných systémov je veľmi úsporná, bežná domácnosť zaplatí iba niekoľko eur mesačne. Najvyššiu úroveň komfortu poskytuje kombinácia vetrania a chladenia.
Stiebel Eltron: Riešenia pre chladenie a vetranie
Spoločnosť STIEBEL ELTRON ponúka komfortné riešenia ohrevu vody, vykurovania, tepelných čerpadiel, ventilácie a solárnych zariadení s cieľom znížiť náklady na energie. Podnik, ktorý bol založený v roku 1924, sa orientuje výhradne na produkty najvyššej kvality. Prvé tepelné čerpadlá pre rodinné domy predstavil STIEBEL ELTRON už v roku 1976 a od roku 2004 pôsobí aj na slovenskom trhu.
Všetky tepelné čerpadlá vzduch-voda z portfólia spoločnosti STIEBEL ELTRON disponujú najmodernejšími technológiami a inteligentným ovládaním. Ich vysoká účinnosť vďaka invertorovej technológii a nízka hlučnosť sú kľúčové vlastnosti. Tepelné čerpadlá a hydraulické moduly už majú integrovaných mnoho komponentov, ktoré by inak museli byť inštalované na mieste s veľkými dodatočnými nákladmi. To šetrí čas počas inštalácie, znižuje nároky na priestor a udržuje technickú miestnosť upratanú.
STIEBEL ELTRON ponúka sety s tepelným čerpadlom pre akýkoľvek typ nehnuteľnosti, ktoré sú založené na integrovanom koncepte, vyvinuté a testované s ohľadom na zimné obdobie v našom klimatickom pásme. Zabezpečia všetko, čo váš domov potrebuje - vykurovanie a chladenie miestností, ako aj ohrev teplej vody.
Výber riešenia podľa typu domu
- Novostavby: V moderných novostavbách s dobrým zateplením a nízkou tepelnou stratou je tepelné čerpadlo ideálnym riešením. Odporúča sa investovať do nízkoteplotných systémov ako stropné chladenie alebo podlahové chladenie, ktoré pracujú s menšími teplotnými rozdielmi a zabezpečujú rovnomernú distribúciu chladu. V kombinácii s rekuperáciou a inteligentným riadením ide o riešenie, ktoré poskytuje maximálny komfort pri nízkej spotrebe energie. Novostavby postavené po roku 2021 musia spĺňať kritériá na certifikát energetickej triedy A0.
- Staršie domy: Pri rekonštrukcii staršieho domu je dobré najprv znížiť tepelné straty budovy. Staršie domy často trpia horšou izoláciou a vyššou vlhkosťou. V takých prípadoch je vhodné uvažovať o klimatizácii alebo lokálnej rekuperácii, ktorá nevyžaduje rozsiahle stavebné úpravy. Spojenie tepelného čerpadla s radiátormi má svoje osobitosti. Aj keď toto spojenie nijako nevylučuje použitie tepelného čerpadla ako zdroja vykurovania, môže to znížiť jeho účinnosť. Tepelné čerpadlo dokáže ohriať vodu až na 70 °C, takže aj v tomto prípade možno na vykúrenie domu využiť klasické radiátory, nie je to však práve efektívne riešenie.
Príklad riešenia Stiebel Eltron a ekonomika prevádzky
Vezmime si rodinný dom s tepelnou stratou 8 kW, v ktorom bývajú štyria ľudia a vykuruje ho tepelné čerpadlo vzduch-voda STIEBEL ELTRON HPA-O 8 CS Plus. Ročná potreba tepla je výsledkom štandardného výpočtu, ktorý vychádza z tepelnej straty domu. Tepelné čerpadlo, vrátane občasného dohrevu vstavaným elektrokotlom, potrebuje odobrať z elektrickej siete len asi 25 ‒ 35 % energie potrebnej pre vykurovanie a ohrev vody. Priaznivý výsledok v prospech tepelného čerpadla s rýchlou návratnosťou ráta s tým, že tepelné čerpadlo dom v lete aj chladí.
Moderné systémy využívajú takzvanú ekvitermickú reguláciu, ktorá automaticky prispôsobuje výkon zariadenia vonkajšej teplote. Prevádzkové náklady sú pritom kľúčové. Porovnajme dva rozdielne spôsoby napríklad chladenia - pri prevádzke chladiacich stropov pri použití tepelného čerpadla WPC 13 Cool bude spotreba elektrickej energie na úrovni 10 až 20 % nákladov na prevádzku klasickej klimatizácie. Prevádzka chladiacich a vetracích systémov sa priamo premieta do rodinného rozpočtu. Nesprávne navrhnutý alebo zastaraný systém môže znamenať až o 40 % vyššie účty za energie. Najefektívnejšie riešenia spájajú chladenie a vetranie s ďalšími zdrojmi energie. Fotovoltické panely dokážu vyprodukovať elektrinu, ktorá pokryje prevádzku chladiaceho systému počas horúcich dní.
Budúcnosť propánových tepelných čerpadiel
Zatiaľ čo používanie syntetických plynov s obzvlášť vysokým potenciálom globálneho otepľovania (GWP) sa postupne obmedzuje, propánových tepelných čerpadiel s chladivom R290 sa prípadný zákaz netýka. STIEBEL ELTRON sa zameriava na vývoj a výrobu takýchto moderných riešení.