Tepelné čerpadlá predstavujú účinné a ekologické riešenie nielen pre vykurovanie, ale aj pre chladenie domácností. Ich všestrannosť im umožňuje poskytovať optimálnu teplotu vo vašej domácnosti po celý rok.
Základný princíp chladenia tepelným čerpadlom
Zatiaľ čo tepelné čerpadlá sa v povedomí ľudí spájajú hlavne s funkciou vykurovania priestorov a prípravou teplej úžitkovej vody, určitými úpravami systému je možné dosiahnuť aj opačný efekt, teda chladenie priestorov. Chladenie tepelným čerpadlom je v dnešnej dobe výrazných teplotných extrémov čoraz častejšia požiadavka zákazníkov.
V protiklade s pôvodným vykurovacím systémom sa chladenie tepelným čerpadlom postará o príjemné pohodlie vo vašom domove. Základný princíp fungovania je jednoducho opačný ako pri vykurovaní. Tepelné čerpadlo sa totiž môže vďaka funkciám „natural cooling“ (pasívne chladenie) a „active cooling“ (aktívne chladenie) využiť aj na chladenie. Tok tepla v tepelnom čerpadle sa otočí, čo znamená, že zo zdroja na vykurovanie sa takpovediac stane chladnička.
Na rozdiel od klasických klimatizácií, ktoré transportujú ochladený vzduch jedným alebo viacerými kanálmi v dome k miestu určenia, tepelné čerpadlo chladí príslušné miestnosti prostredníctvom potrubia vykurovacieho systému, alebo prostredníctvom chladiaceho, prípadne aj univerzálneho vykurovacieho a chladiaceho systému. Klimatizácia je v podstate tiež tepelné čerpadlo, avšak hlavný rozdiel medzi nimi je v spôsobe prenosu teploty do interiéru.
Typy chladenia tepelnými čerpadlami
Chladenie pomocou tepelného čerpadla môže prebiehať dvoma hlavnými spôsobmi: pasívnym a aktívnym.
Pasívne chladenie (Natural Cooling)
Pasívne chladenie, označované v odbornom žargóne aj ako „natural cooling“, pracuje s prirodzenou teplotou okolia. Predstavuje menej efektívny, ale aj ekonomicky menej náročný proces výroby chladu, pretože tepelné čerpadlo je pri ňom úplne odstavené.
- Princíp: Využíva sa prirodzený tok tepla z teplejšieho zdroja do studenšieho. V prevádzke je len obehové čerpadlo, ktoré cirkuluje vodu (alebo iné teplonosné médium) medzi chladeným priestorom (s vyššou teplotou) a zdrojom s nižšou teplotou (napríklad zemným vrtom alebo podzemnou vodou). Chladiaca voda odoberá teplo z interiéru a následne ho odovzdáva smerom von (do zeme alebo do podzemnej vody).
- Vhodné typy tepelných čerpadiel: Pre tento druh chladenia sú vhodné iba tepelné čerpadlá typu zem/voda a voda/voda. Tepelné čerpadlo typu vzduch/voda nie je vhodné pre pasívne chladenie.
- Výhody: Miestnosti sa chladia účinne jednoduchým odoberaním a odovzdávaním tepla do zeme alebo spodnej vody prostredníctvom sond. Tepelné čerpadlo (kompresor) je pri pasívnom chladení vypnuté, čo výrazne redukuje náklady na chladenie. Prevádzka chladenia je teda takmer zadarmo, stačí poháňať len obehové čerpadlá.
- Obmedzenia: Pasívny režim nie je možné využiť na plnohodnotné chladenie, ak je ako primárny zdroj použitý plošný kolektor. Pri pasívnom režime neklesne teplota teplonosného média pod tzv. rosný bod, čím sa predchádza kondenzácii. Pri pasívnom chladení je možný teplotný rozdiel až približne 6 °C oproti vonkajšej teplote. Pokiaľ je vonku 30 °C, je možné v miestnosti dosiahnuť teplotu približne 24 °C.
Aktívne chladenie (Active Cooling)
Efektívnejší spôsob výroby chladu je pri aktívnom režime chladenia, nazývanom aj „active cooling“.
- Princíp: Pri aktívnom chladení sa vlastná funkcia tepelného čerpadla, teda ohrev vody alebo vykurovanie, jednoducho otočí (reverzný chod). Tepelné čerpadlo zmení s teplom z domu chladivo na paru a odovzdáva teplo cez kondenzátor do primárnej strany (soľankový okruh, vzduchový výmenník tepla). Naopak ako pri výrobe tepla sa v tomto prípade zo vzduchu vnútri odoberá teplo a odvádza sa do exteriéru. Z kondenzátora sa stáva výparník.
- Vhodné typy tepelných čerpadiel: Aktívne chladenie je možné s reverzibilným tepelným čerpadlom, predovšetkým typu vzduch/voda. Pri tepelnom čerpadle voda/voda a zem/voda je potrebné vykurovací systém na aktívne chladenie vopred pripraviť.
- Výhody: Pri aktívnom režime chladenia sa v porovnaní s pasívnym režimom dajú dosiahnuť nižšie teploty. Aktívne chladenie umožňuje výrazné zníženie teploty v miestnosti, väčšina jednotiek je obmedzená na 16 - 18 °C.
- Spotreba energie: Pri aktívnom chladení je tepelné čerpadlo v prevádzke, takže spotrebúva energiu. Chladenie pomocou tepelného čerpadla nie je nákladovo náročnejšie ako chladenie pomocou klimatizácie, pretože obe zariadenia pracujú s rovnakou technológiou.
Chladenie s tepelným čerpadlom Vaillant
Integrácia a komponenty pre chladenie
Chladenie pomocou tepelných čerpadiel je moderný a pomerne málo nákladný spôsob výroby chladu pre obytné priestory. Ak sa tepelné čerpadlo inštaluje do novostavieb, je rozumné dopredu myslieť nielen na jeho funkciu vykurovania, ale aj na možnosť chladenia.
Plošné sálavé systémy
Tepelné čerpadlo chladí budovy cez plošné systémy, ako sú podlahové, stropné alebo stenové chladenie. Tieto systémy sú ideálnym zdrojom energie pre plošné sálavé systémy chladenia a pre vykurovanie. Pri podlahovom vykurovaní sa pod podlahou vášho domu nachádza systém potrubí s vodou. Vo vykurovacom režime teplá voda cirkuluje a vyhrieva miestnosti. Ak chcete chladiť, celý proces sa obráti: potrubím cirkuluje studená voda a odvádza prebytočné teplo. Tento spôsob chladenia umožňuje znížiť teplotu v miestnosti až o 3 °C. Stenové chladenie spočíva v uložení vykurovacích rúrok na stene miestnosti pod tenkou vrstvou omietky, ktoré tvoria okruhy na prúdenie vody rovnako ako pri podlahovom kúrení. Klasické radiátory nie sú vhodné pre chladenie, a to kvôli prípadnej kondenzácii vlhkosti.
Fancoil jednotky
Ďalším spôsobom chladenia v aktívnom režime je chladenie pomocou tzv. fan-coil jednotiek (často skratka FC). Fancoil jednotka je v podstate druh klimatizácie, ktorá sa skladá z výmenníka tepla a ventilátora. Fancoil jednotka využíva na ochladzovanie vzduchu studenú vodu a ventilátor ho vháňa do miestnosti. Ide o mimoriadne účinný spôsob ochladzovania interiéru; výsledný chladiaci účinok je väčší ako účinok dosiahnutý metódou chladenia podlahovým vykurovaním. Ventilátor má za úlohu vyvinúť prúdenie vzduchu okolo fancoilu a tým zmení prestup tepla prirodzeným vedením na oveľa intenzívnejší prestup vynúteným prúdením.
Dôležitosť regulácie a senzory rosného bodu
Dôležité je, že keďže tepelné čerpadlá chladia budovy cez plošné systémy, teplota média nesmie klesnúť pod teplotu rosného bodu. Ak sa tak stane, hrozí vznik kondenzátu, pričom takto vzniknutá vlhkosť môže napáchať veľké škody na podlahe alebo v nej. Preto je vždy užitočné doplniť vhodnú reguláciu, ktorá okrem teploty chladiacej vody stráži tzv. rosný bod. Systém by mal byť opatrený senzormi snímajúcimi vzdušnú vlhkosť, ktoré budú regulovať teplotu tak, aby neklesla pod teplotu rosného bodu a predchádzalo sa vzniku kondenzu. V inteligentnej domácnosti Loxone Miniserver automaticky zabraňuje prehrievaniu miestností.
Typy tepelných čerpadiel a ich chladiace schopnosti
Každé tepelné čerpadlo môžeme prispôsobiť aj režimu chladenia. Musí byť však pri svojom spôsobe fungovania reverzibilné a doplnené o ďalšie komponenty.
Tepelné čerpadlo vzduch-voda
Tepelné čerpadlá vzduch-voda sú schopné poskytovať vykurovanie a chladenie s veľmi efektívnou spotrebou energie. Využívajúce teplo z vonkajšieho vzduchu, tepelné čerpadlá vzduch-voda dokážu dodávať viac tepla, než spotrebujú elektrickej energie. Môžu slúžiť nielen na vykurovanie, ale aj na chladenie vašej domácnosti. Tieto systémy majú možnosť reverzibilnej prevádzky, čo znamená, že môžete meniť smer toku tepla a využívať ich na chladenie v letných mesiacoch. Vonkajšia jednotka pritom vyzerá ako klasická klimatizácia. Pri vnútornej jednotke hrá dôležitú funkciu hydrobox s výmenníkom - zabezpečuje rozvod chladenej vody rúrkami do koncového chladiaceho elementu.
Tepelné čerpadlá vzduch-voda predstavujú energeticky úsporné a ekologicky prijateľné riešenie pre vykurovanie a chladenie. Znížia vašu závislosť od fosílnych palív, minimalizujú emisie skleníkových plynov a prinášajú úsporu energie a nákladov. Moderné systémy, ako napríklad Panasonic Aquarea High Performance generácie K, pracujú s ekologicky šetrným chladivom R32, ktoré má nízku hodnotu GWP (Global Warming Potential), čo prispieva k ochrane životného prostredia. Nový systém Panasonic Aquarea, založený na vysoko účinnej technológii tepelného čerpadla, zaisťuje nielen vykurovanie domácností a ohrev vody, ale taktiež mimoriadne výkonnú klimatizáciu v letných mesiacoch.
Tepelné čerpadlo vzduch-vzduch
Tepelné čerpadlo vzduch-vzduch je v podstate bežnou klimatizáciou, pričom ide o najjednoduchšie a najlacnejšie riešenie chladenia tepelným čerpadlom. Priestor chladí fúkaním vzduchu z vnútornej jednotky, ktorá sa najčastejšie umiestňuje nad dverami. Tepelné čerpadlo získava teplo zo vzduchu a ďalej ho odovzdáva do vnútra budovy, alebo v letnom období vnútorné priestory ochladzuje.
Tepelné čerpadlo zem-voda a voda-voda
Tieto typy tepelných čerpadiel majú obrovskú výhodu v tom, že vedia využiť tzv. pasívny režim chladenia, ktorý na svoj chod nevyžaduje chod kompresora, a tým je prevádzka takmer zadarmo. Zemné čerpadlá sú považované za najekonomickejší typ tepelného čerpadla. Pomocou kolektorov využívajú ohromné energetické zdroje zeme, hlbokých vrtov, jazernej vody alebo potokov. Vďaka stabilnej teplote zeme je možné dosiahnuť konštantné parametre zariadenia. Obrátením cyklu je možné tepelné čerpadlo využiť aj na chladenie. Tieto reverzibilné tepelné čerpadlá umožňujú nielen zásobovanie systému ústredného vykurovania a ohrev teplej úžitkovej vody, ale v lete aj chladenie miestností.
Zariadenie je umiestnené vnútri v dome, a preto má vyššiu životnosť. Prirodzene, počiatočné náklady na inštaláciu sú vyššie. Primárnym zdrojom energie je geotermická energia čerpaná cez hĺbkové sondy s dĺžkou cca 100m, prípadne cez plošné kolektory. Primárne okruhy sú uzavreté, koluje tu zmes vody a nemrznúcej zmesi. Subvariantou je typ voda - voda, kde sa energia čerpá zo studne a vracia sa do druhej studne.
Výkonnosť a obmedzenia chladenia tepelným čerpadlom
O koľko stupňov teplota klesne, závisí od spôsobu: aktívne chladenie tepelným čerpadlom alebo pasívne chladenie tepelným čerpadlom. Stupeň ochladenia závisí od typu tepelného čerpadla, jeho výkonu a napájacieho systému. Najvyšší chladiaci výkon majú tepelné čerpadlá s aktívnym chladením. Môžu výrazne znížiť teplotu v miestnosti, ale väčšina jednotiek je obmedzená na 16 - 18 °C.
Tepelné čerpadlá pre plošné sálavé systémy chladenia a pre vykurovanie sú ideálnym zdrojom energie. Veľkou výhodou je to, že pri použití veľkoplošného systému dokáže čerpadlo dosiahnuť vysokú účinnosť a chladiť veľmi úsporne. V čase nárastu cien za energie tak predstavuje výhodné riešenie, ako si doma udržať príjemnú klímu.
Ekologické a energetické aspekty
Tepelné čerpadlá vzduch-voda sú energeticky úsporné a ekologicky prijateľné riešenie. Znížia vašu závislosť od fosílnych palív, minimalizujú emisie skleníkových plynov a prinášajú úsporu energie a nákladov. Dnes často využívané sú prírodné chladivá, napríklad chladivo R290, ktoré má nízku hodnotu GWP (Global Warming Potential) 3, čo predstavuje udržateľný prístup.
Odporúčania pre výber a inštaláciu
Pred kúpou tepelného čerpadla by ste sa mali poradiť s odborníkom na vykurovanie a chladenie. Tak zabezpečíte, aby bolo zakúpené zariadenie vhodné aj na chladenie miestností. Aby ste mohli aktívne chladiť miestnosti, tepelné čerpadlo musí byť pri svojom spôsobe fungovania reverzibilné. Ak máte tepelné čerpadlo, ktoré nie je reverzibilné, môže sa využiť na pasívne chladenie vtedy, ak sa dá namontovať trojcestný zmiešavací ventil.