Tepelné čerpadlo je zariadenie, ktoré odoberá teplo z chladnejšieho prostredia a presúva ho do priestoru s vyššou teplotou. Získaná energia sa následne využíva na ohrev vody a vykurovanie interiérov. Medzi hlavné výhody tepelných čerpadiel patrí získavanie voľne dostupnej energie, čím sa dosahuje nezávislosť od fosílnych palív. V porovnaní s inými typmi vykurovania sú tepelné čerpadlá účinnejšie, výkonnejšie a úspornejšie.
Tepelné čerpadlo získava tepelnú energiu zo vzduchu alebo vody do špeciálneho chladiva. Medzi kľúčové výhody patrí mimoriadne ekonomická prevádzka, možnosť chladenia a tiež možnosť napojenia na ďalšie systémy, ako sú napríklad solárne panely.
Tepelné čerpadlá na prípravu teplej vody
Tepelné čerpadlá určené na prípravu teplej úžitkovej vody (TÚV) využívajú tepelnú energiu, ktorá je už prítomná v okolí, na ohrev vody. Takéto zariadenie pozostáva z jednotky, ktorá integruje všetky dôležité komponenty pre proces získavania tepla. Medzi tieto komponenty patria:
- Výparník
- Kompresor
- Kondenzátor
- Zásobník teplej vody
Počas prevádzky tepelné čerpadlo na teplú vodu absorbuje teplo z recirkulačného alebo odvádzaného vzduchu a odovzdáva ho do výparníka. Vo výparníku sa nachádza chladivo, ktoré sa pri nízkej teplote zahrieva a mení na paru. Keďže teplota vypareného chladiva ešte nie je dostatočne vysoká na ohrev vody, nasleduje proces kompresie. V poslednom kroku ohriata para chladiva odovzdá svoju tepelnú energiu zabudovanému zásobníku teplej vody, čím sa ochladí a skondenzuje. Kvapalné chladivo sa potom pomocou expanzného ventilu expanduje pod vysokým tlakom, pričom sa ďalej výrazne ochladzuje.
Zdroje tepla pre tepelné čerpadlá TÚV
Tepelné čerpadlá na prípravu teplej vody môžu získavať teplo z rôznych zdrojov:
- Recirkulačný vzduch: Vhodnými miestnosťami pre tepelné čerpadlo s recirkuláciou vzduchu sú napríklad pivnice, ktoré si počas zimných mesiacov udržiavajú stálu a relatívne vysokú teplotu. Počas prevádzky sa teplota v suteréne zníži približne o dva až štyri stupne Celzia, pričom zároveň dochádza k odvlhčovaniu vzduchu.
- Vonkajší vzduch
- Odvádzaný vzduch: V tomto prípade sa horný kryt tepelného čerpadla nahradí krytom odsávaného vzduchu a zariadenie sa napojí na existujúci systém rozvodu vzduchu. Tepelné čerpadlo je zásobované teplým odvádzaným vzduchom z viacerých miestností, čo umožňuje efektívne vetranie rodinného domu. Ochladený odvádzaný vzduch sa následne odvádza von. Aby sa predišlo podtlaku, je potrebné privádzať vonkajší vzduch cez samostatné prvky.
Možnosti prevádzky a integrácie
Tepelné čerpadlá, napríklad od výrobcu Viessmann, sú navrhnuté pre monorežimovú aj duálnu prevádzku so solárnym systémom. V duálnom režime sa čerpadlo solárneho okruhu zapína alebo vypína elektronicky, riadené reguláciou teplotného rozdielu. Ak je solárne čerpadlo aktívne, tepelné čerpadlo nevyrába teplú vodu, čím sa zabezpečí optimálne využitie voľnej solárnej energie. Okrem toho môžu tepelné čerpadlá efektívne využívať aj vlastnú energiu z fotovoltického systému.
Ak tepelné čerpadlo vyrába iba teplú vodu, prináša majiteľom systému viacero výhod:
- Nízke investičné a prevádzkové náklady.
- Nie je potrebné vyvíjať dodatočný zdroj tepla, keďže zdroj energie (okolitý vzduch) je už k dispozícii a je zadarmo.
- Keďže tepelné čerpadlo na vodu nevypúšťa emisie, nie je potrebný komín.
- Možnosť vypnúť kotol počas teplejších mesiacov, čím sa šetrí elektrická energia.
- Rýchla a jednoduchá inštalácia.
- Nie je potrebná plynová prípojka ani zásobník oleja.
- Dlhodobé úspory pre životné prostredie aj peňaženku vďaka absencii spaľovania fosílnych palív.
- Pri inštalácii v pivničných priestoroch môže tepelné čerpadlo zároveň odvlhčovať miestnosť, čím znižuje riziko vzniku plesní a chráni murivo.
Aké sú výhody a nevýhody tepelných čerpadiel?
Tepelné čerpadlá a vykurovacie systémy
Tepelné čerpadlá môžu byť použité na ekologické a efektívne vykurovanie. Pri vzduchových tepelných čerpadlách je dôležité zohľadniť hlukové imisie a priestorové nároky. Veľké tepelné čerpadlá, napríklad od značky Viessmann, umožňujú ekologické vykurovanie s využitím obnoviteľných zdrojov energie.
Prevádzka s radiátormi
Kombinácia tepelného čerpadla s radiátormi je možná, avšak je dôležité zohľadniť niekoľko faktorov pre dosiahnutie efektívnej prevádzky. Rozhodujúce je, aby radiátory dokázali vyžarovať teplo na čo najväčšej ploche. Čím väčšia je vykurovacia plocha radiátora, tým vyššie je vyžarovanie tepla a tým nižšia môže byť teplota prietoku, aby sa do miestnosti dodalo požadované teplo.
Typy radiátorov a ich vhodnosť
Pre efektívnu prevádzku s tepelným čerpadlom sú ideálne nízkoteplotné radiátory, ktoré umožňujú mimoriadne nízke teploty prúdenia a zvyšujú účinnosť vykurovania. Tieto radiátory pozostávajú z viacerých dosiek s veľkou plochou a teplo vyžarujú cez priečky z hliníka alebo profilovaného oceľového plechu. S nízkoteplotnými radiátormi je možné dosiahnuť vysoký výkon aj pri nízkych teplotách prúdenia (zvyčajne nižších ako 40 °C), s nízkou spotrebou energie. Týmto typom radiátorov je možné aj chladenie v lete.
Pri použití bežných radiátorov je potrebné, aby bol vykurovací systém prispôsobený požiadavkám tepelného čerpadla. Tepelné čerpadlá pracujú najefektívnejšie pri nízkych teplotách prietoku, čo je typické pre systémy plošného vykurovania ako podlahové alebo nástenné kúrenie. Tieto systémy vďaka svojej veľkej ploche rozvádzajú teplo rovnomernejšie a majú vyšší chladiaci výkon v lete.
Existujú rôzne typy radiátorov:
- Článkové radiátory (rebrové radiátory): Najstarší typ, s malou plochou na vyžarovanie tepla.
- Rúrkové radiátory (uterákové radiátory): Modernizovaná verzia článkových radiátorov, často používané v kúpeľniach.
- Panelové radiátory: Veľká, prevažne rovná vykurovacia plocha s priestorovo úsporným dizajnom a nízkou teplotou prúdenia.
- Nízkoteplotné radiátory: Ideálne pre prevádzku s tepelným čerpadlom, umožňujú vysoký výkon pri nízkych teplotách prúdenia.
Optimalizácia prevádzky v starších budovách
Pri prevádzke tepelného čerpadla v starých budovách s radiátormi je dôležité správne dimenzovanie radiátorov. Predimenzovanie zvyšuje účinnosť, najmä ak je izolácia budovy horšia. Možné optimalizačné opatrenia zahŕňajú:
- Zlepšenie izolačného štandardu domu: Zateplenie horného poschodia, výmena okien a dverí, alebo celoplošná izolácia fasády.
- Hydraulické vyváženie radiátorov: Optimalizuje objemové toky v rozvodoch vykurovania a zabezpečuje rovnomernejšie rozdelenie tepla.
- Správne dimenzovanie tepelného čerpadla a nastavenie vykurovacej krivky.
V prípadoch, keď si radiátory vyžadujú vysoké prietokové teploty alebo je potreba tepla všeobecne vysoká, je možné tepelné čerpadlo prevádzkovať hybridne, v spojení s iným vykurovacím systémom (napr. plynovým kondenzačným kotlom). Alternatívou je výmena starých radiátorov za moderné nízkoteplotné radiátory. Existujú aj vysokoteplotné tepelné čerpadlá, ktoré možno použiť pre akýkoľvek vykurovací systém, vrátane starých radiátorov s vysokou teplotou prietoku. Tieto čerpadlá však majú nižšiu účinnosť a sú drahšie.
Tepelné čerpadlá vzduch-voda od výrobcov ako Bosch je možné prevádzkovať s radiátormi.
Príklady tepelných čerpadiel na trhu
Na trhu je dostupných viacero typov tepelných čerpadiel, vrátane modelov od renomovaných výrobcov:
- ELÍZ EWHP 200 EW: Tepelné čerpadlo vzduch-voda s energetickou triedou A+++.
- Daikin Altherma 3 H MT: Moderné tepelné čerpadlo navrhnuté pre európske podmienky.
- Inventor Matrix Monoblok: Spoľahlivé, výkonné a úsporné monoblokové tepelné čerpadlo.
- Kaisai Arctic: Nový rad tepelných čerpadiel s možnosťou prevádzky v širokom rozsahu vonkajších teplôt a tichším dizajnom.
- Vaillant aroTHERM: Umožňuje ekologické vykurovanie s využitím obnoviteľných zdrojov energie.
- Stiebel Eltron SHP-I: Tepelné čerpadlá s možnosťou ovládania cez Wi-Fi a ohrevom vody až na 65 °C bez prídavného telesa.
- Kaisai KHC-08RY3-B: Pokročilé monoblokové tepelné čerpadlá pre moderné vykurovanie, chladenie a ohrev TÚV.
Niektoré modely tepelných čerpadiel, ako napríklad TČ-xPLxx, TČ-3Z 300 a TČ-3Z 300VZ, sú vybavené jedným teplovodným výmenníkom a dvoma vykurovacími špirálami. Typ TČ-3Z 300VZ má navyše prípravu na vedenie prívodu a odvodu vzduchu až do vzdialenosti 10 metrov.
Typ STČ xxx-xkW je vybavený dvoma nezávislými teplovodnými výmenníkmi, čo umožňuje kombináciu s rôznymi druhmi zdrojov tepla, ako sú plynové, uhoľné alebo drevené kotle, či solárna energia.