Tepelné čerpadlá pre vykurovanie a chladenie

Tepelné čerpadlá predstavujú moderné a efektívne riešenie pre zabezpečenie tepelného komfortu v domácnostiach, kombinujúce funkcie vykurovania a chladenia. V dobe rastúcich cien energií a extrémnych výkyvov počasia sa stali výhodnou alternatívou k tradičným systémom.

Všestrannosť tepelných čerpadiel vzduch-vzduch

Tepelné čerpadlá vzduch-vzduch, často nazývané aj klimatizácie, sú mimoriadne flexibilné a všestranné. Dokážu vykurovať alebo chladiť aj viaceré miestnosti naraz. Pre optimálne pohodlie v každom priestore je dôležité vybrať správny typ systému so správnym počtom vnútorných jednotiek.

Princíp split systému

Tepelné čerpadlá vzduch-vzduch fungujú v tzv. split systéme. Vonkajšia jednotka je umiestnená v exteriéri domu a je pripojená k jednej alebo viacerým vnútorným jednotkám. Tieto jednotky získavajú teplo z vonkajšieho vzduchu a následne distribuujú vzduch s vhodnou teplotou do domácnosti.

Typy systémov vzduch-vzduch

Na výber sú tri základné typy systémov:

• Párový systém: Tento systém pozostáva z jednej vonkajšej a jednej vnútornej jednotky. Umožňuje vykurovať alebo chladiť jeden priestor a je vhodný najmä pre menšie domácnosti s otvorenou dispozíciou. Na výber sú nástenné, parapetné alebo kanálové vnútorné jednotky.
• Multi systém: Vonkajšiu jednotku možno pripojiť až k piatim vnútorným jednotkám, čo umožňuje ovládať teplotu v niekoľkých miestnostiach naraz. Tento systém maximalizuje využitie vonkajšej jednotky a je mimoriadne všestranný. V každej miestnosti môže byť umiestnená jednotka inej veľkosti a iného štýlu, aby zodpovedala požiadavkám daného priestoru a preferenciám užívateľa. Napríklad, menšiu jednotku možno použiť v spálni a väčšiu, výkonnejšiu jednotku v obývacej izbe.
• Multi+ systém: Tento systém okrem vykurovania a chladenia zabezpečuje aj ohrev vody. K jednej vonkajšej jednotke môžete pripojiť jeden 90-litrový alebo 120-litrový zásobník teplej pitnej vody a až tri vnútorné jednotky.

Ovládanie a flexibilita

Každú vnútornú jednotku v multi systéme môžete nastaviť samostatne pomocou jej vlastného diaľkového ovládača alebo aplikácie. To znamená, že v jednej izbe môžete mať teplejšie alebo chladnejšie ako v inej. Hoci tepelné čerpadlá vzduch-vzduch dokážu vykúriť alebo vychladiť veľké plochy (s výkonom od 1,5 kW do 7 kW), nepotrebujete jednotku do každej miestnosti. V prípade multi systému je možné pridať ďalšiu vnútornú jednotku aj neskôr, pričom maximum je päť jednotiek na jednu vonkajšiu jednotku. Tým získate bezkonkurenčnú flexibilitu a diskrétnu prevádzku s optimálnym výkonom a výnimočnou energetickou účinnosťou vo viacerých miestnostiach.

Obmedzenia prevádzky

Hoci môžete nastaviť jednotlivé vnútorné jednotky na rôzne teploty tak, aby bola jedna miestnosť vykurovaná alebo chladená viac než ostatné, tepelné čerpadlá vzduch-vzduch môžu v jednom okamihu buď vykurovať, alebo chladiť, nie oboje súčasne.

Ako funguje chladenie tepelným čerpadlom

Tepelné čerpadlo je pre plošné sálavé systémy chladenia a pre vykurovanie ideálnym zdrojom energie. Veľkou výhodou je, že pri použití veľkoplošného systému dokáže čerpadlo dosiahnuť vysokú účinnosť a chladiť veľmi úsporne. Vo všeobecnosti platí, že to, či bude tepelné čerpadlo kúriť, alebo chladiť, určuje smer prečerpávania energie medzi interiérom a exteriérom. Tepelné čerpadlo takmer vždy chladiť dokáže, na rozdiel od čisto vykurovacej prevádzky je však možné, že jeho zapojenie bude pre potreby chladenia potrebné upraviť alebo doplniť. Chladenie pomocou tepelného čerpadla je moderný a pomerne málo nákladný spôsob výroby chladu pre obytné priestory.

Typy chladenia: pasívne a aktívne

Chladenie pomocou tepelných čerpadiel sa realizuje dvoma hlavnými spôsobmi: pasívnym a aktívnym režimom.

Pasívne chladenie

Pasívne chladenie predstavuje menej efektívny, ale ekonomicky menej náročný proces výroby chladu. Vo svojej podstate je tepelné čerpadlo pri pasívnom chladení vypnuté (kompresor nebeží), čo výrazne redukuje náklady. V prevádzke je len obehové čerpadlo, ktoré cirkuluje vodu (alebo iné teplonosné médium) medzi chladeným priestorom s vyššou teplotou a napríklad zemným vrtom (pre tepelné čerpadlá typu voda/zem a zem/voda) alebo podzemnou vodou, ktorá má nižšiu teplotu. Voda sa v zemnom vrte prirodzene ochladí a smeruje k chladenému priestoru, kde prijíma teplo z okolia, a tým priestor ochladzuje. Pasívne chladenie využíva nízku teplotu zeme a podzemnej vody v lete na zabezpečenie chladiaceho účinku. Keďže pasívny režim chladenia sa nevyznačuje vysokou efektívnosťou, na jeho realizáciu sú potrebné pomerne veľké teplovýmenné plochy. Pre pasívne chladenie sa tepelné čerpadlo typu vzduch-voda nehodí. Pre tento druh chladenia sú lepšie tepelné čerpadlá typu zem-voda a voda-voda, ktoré prebytočné teplo odovzdávajú smerom von do zeme alebo do podzemnej vody. Pasívny režim však nie je možné využiť na plnohodnotné chladenie, ak je ako primárny zdroj použitý plošný kolektor.

Aktívne chladenie

Aktívne chladenie je efektívnejší spôsob výroby chladu. V podstate ide o reverzný chod tepelného čerpadla, kedy sú v prevádzke obehové čerpadlo, kompresor aj kondenzátor. Teplo nie je odvádzané zo zemného vrtu alebo vody, ale z obytného priestoru, ktorý sa takto aktívne ochladzuje. Pri aktívnom chladení funguje tepelné čerpadlo tak, že nežiaduce teplo z interiéru odvádza do vonkajšieho prostredia s aktívnou pomocou kompresora v tepelnom čerpadle - spravidla vo variante vzduch-voda. Na prevádzku preto spotrebuje o niečo viac elektrickej energie, ako pri pasívnom variante. Pri aktívnom režime chladenia sa v porovnaní s pasívnym režimom dajú dosiahnuť nižšie teploty, teda požiadavky na veľkosť teplovýmennej plochy klesajú. Aktívne chladenie je možné s tepelným čerpadlom vzduch-voda. Pri tepelnom čerpadle voda-voda a zem-voda je potrebné vykurovací systém na aktívne chladenie vopred pripraviť.

Dôležitosť rosného bodu a prevencia kondenzácie

Pri chladení je kľúčové dbať na to, aby teplota obehovej kvapaliny neklesla pod teplotu rosného bodu. Rosný bod predstavuje takú teplotu, kedy pary obsiahnuté vo vzduchu začnú kondenzovať a zrážajú sa na kvapalinu. Ak sa tak stane, hrozí vznik kondenzátu, pričom takto vzniknutá vlhkosť môže napáchať veľké škody. Pri pasívnom režime spravidla teplota teplonosného média neklesne pod rosný bod. Ak sa aktívnym režimom chladí pomocou rozvodov na podlahové kúrenie, je nutné brať ohľad na materiálové vlastnosti podlahovej krytiny. Vo väčšine prípadov však materiály využívané pri podlahovom vykurovaní dobre znášajú aj prítomnosť kondenzu. Ďalej je nutné systém opatriť senzormi snímajúcimi vzdušnú vlhkosť, ktoré budú regulovať teplotu tak, aby neklesla pod teplotu rosného bodu a bude sa predchádzať vzniku kondenzu. Okrem toho je vždy užitočné doplniť vhodnú reguláciu, ktorá okrem teploty chladiacej vody stráži aj rosný bod.

Distribúcia chladu v interiéri

Hlavnou úlohou tepelného čerpadla je dostať chladiacu vodu v požadovanej teplote do chladiaceho systému. Preto je potrebné doplniť samotný odovzdávací systém chladenia vnútri domu. Na distribúciu chladu sú ideálne ako koncový element stenový, stropný i podlahový plošný vykurovací systém. Klasické radiátory nie sú vhodné kvôli prípadnej kondenzácii vlhkosti.

• Plošné sálavé systémy: Podlahové, stenové alebo stropné chladenie sú ideálne, pretože majú veľkú plochu a dokážu efektívne odvádzať teplo.
• Fancoily: Iným spôsobom chladenia v aktívnom režime je chladenie pomocou tzv. fan-coilov (fancoil jednotka, často skratka FC). Fancoil je zariadenie pripomínajúce klasické vertikálne nástenné radiátory, ktoré ale obsahuje ventilátor. Ventilátor má za úlohu vyvinúť prúdenie vzduchu okolo fancoilu a tým zmení prestup tepla prirodzeným vedením na oveľa intenzívnejší prestup vynúteným prúdením. Fancoil jednotka je v podstate druh klimatizácie, ktorá 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. Tepelné čerpadlá zvyčajne obsahujú funkciu chladenia, no v určitých prípadoch môže byť potrebné doplniť fancoil jednotky.

Rôzne typy tepelných čerpadiel a ich využitie

Každé tepelné čerpadlo môžeme prispôsobiť aj režimu chladenia. Musí byť však pri svojom spôsobe fungovania reverzibilné a doplnené o ďalšie komponenty. Najpoužívanejšie sú pritom tepelné čerpadlá dvoch typov: vzduch/vzduch a vzduch/voda.

Tepelné čerpadlo vzduch-vzduch

Tepelné čerpadlo vzduch-vzduch je bežnou klimatizáciou, pričom ide o najjednoduchšie a najlacnejšie riešenie chladenia. Priestor chladí fúkaním vzduchu z vnútornej jednotky, ktorá sa najčastejšie umiestňuje nad dverami. Platí to ale aj opačne, keď senzory neregistrujú v miestnosti žiaden pohyb, prechádza chladenie do útlmu. Typ vzduch-vzduch však nie je vhodný na prevádzku s radiátormi ani s inými rozvodmi vykurovania.

Tepelné čerpadlo vzduch-voda

Tepelné čerpadlo vzduch-voda je schopné okrem vykurovacej vody pripraviť aj chladiacu vodu, ktorou sa následne ochladzuje interiér. 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. Je to typ, ktorý sa dá prevádzkovať s radiátormi.

Tepelné čerpadlo zem-voda a voda-voda

Typy tepelných čerpadiel zem-voda a voda-voda majú obrovskú výhodu v tom, že vedia využiť tzv. pasívny režim chladenia, ktorý na svoj chod nevyžaduje chod kompresora. Prevádzka chladenia je teda takmer zadarmo, stačí poháňať len obehové čerpadlá. Ide o prevádzkovo najúspornejší systém, ktorý pracuje so stálymi teplotami. 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.

Integrácia s vykurovacími a chladiacimi systémami

Podlahové vykurovanie a chladenie

Kombinácia tepelného čerpadla s podlahovým vykurovaním nie je nevyhnutná, ale je veľmi vhodná. Pri podlahovom vykurovaní sa pod podlahou 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. Podlahové vykurovanie je od začiatku navrhnuté na nízke teploty prúdenia a vďaka veľkej ploche rozvádza teplo rovnomernejšie, čo vytvára príjemnú vnútornú klímu aj pri teplote v miestnosti, ktorá je približne o dva stupne Celzia nižšia ako pri bežných radiátoroch. Pasívne chladenie si vyžaduje kombináciu podlahového vykurovania s tepelným čerpadlom voda/voda alebo tepelným čerpadlom zem/voda.

Radiátory a tepelné čerpadlá

To, či je tepelné čerpadlo vhodné na prevádzku s radiátormi, závisí predovšetkým od typu tepelného výkonu a stavu a veku radiátora. Pre efektívnu prevádzku tepelného čerpadla s radiátormi je rozhodujúce, aby mohli 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. Tepelné čerpadlá pracujú najefektívnejšie pri nízkych teplotách prietoku. Aj ich chladiaci výkon v lete je vyšší, pretože majú väčšiu plochu.

Typy radiátorov vhodných pre tepelné čerpadlá

Existuje niekoľko typov radiátorov, ktoré sa navzájom odlišujú dizajnom a účinnosťou. Aby sa prevádzka tepelného čerpadla oplatila aj s radiátormi, musia byť splnené rôzne požiadavky. Tu zohráva typ radiátora dôležitú úlohu.

• Článkové radiátory: Sú najstarším typom radiátorov a stále sa s nimi často stretnete v starých budovách. Majú malú plochu na vyžarovanie tepla a pre svoj vzhľad sa nazývajú aj rebrové radiátory. Sú menej vhodné pre tepelné čerpadlá.
• Rúrkové radiátory: Sú modernejšou verziou článkových radiátorov a pozostávajú z niekoľkých rúrok, cez ktoré preteká vykurovacia voda energeticky úspornejším spôsobom. Často sa nachádzajú v kúpeľni.
• Panelové radiátory: Sa vyznačujú veľkou, prevažne rovnou vykurovacou plochou s priestorovo úsporným dizajnom a nízkou teplotou prúdenia.
• Nízkoteplotné radiátory: Sú ideálne navrhnuté na prevádzku s tepelným čerpadlom. Pozostávajú z niekoľkých dosiek s veľkou plochou a teplo vyžarujú cez priečky z hliníka alebo profilovaného oceľového plechu. Takýto plochý radiátor spoznáte podľa pomerne veľkých a rovných vykurovacích plôch. Nízkoteplotné radiátory môžu dosahovať vysoký výkon aj pri nízkych teplotách prúdenia, ktoré sú zvyčajne nižšie ako 40 stupňov Celzia, s nízkou spotrebou energie. Rovnomerne a efektívne rozvádzajú teplo v miestnosti a zvyšujú účinnosť tepelného čerpadla. S týmto typom radiátorov je možné aj chladenie, pričom aj na to, aby sa miestnosť pomocou tepelného čerpadla účinne ochladila, je potrebná čo najväčšia plocha radiátorov.

Optimalizácia prevádzky s existujúcimi radiátormi

Tepelné čerpadlo je možné prevádzkovať aj s bežnými radiátormi. Vykurovací systém sa musí prispôsobiť požiadavkám tepelného čerpadla. Prevádzka tepelného čerpadla s bežnými radiátormi môže mať stále zmysel, najmä v starých budovách sú tepelné čerpadlá závislé od predimenzovaných radiátorov, pretože izolácia budov je často oveľa horšia ako v nových budovách. Ak si radiátory vyžadujú vysoké prietokové teploty alebo ak je potreba tepla vo vašom dome všeobecne pomerne vysoká, môžete tepelné čerpadlo prevádzkovať hybridne, t. j. v spojení s iným vykurovacím systémom, napríklad s plynovým kondenzačným kotlom.

Na to, aby tepelné čerpadlo stále fungovalo efektívne s bežnými radiátormi a bez panelového vykurovania, existujú rôzne optimalizačné opatrenia:

• Zlepšenie izolačného štandardu domu: Lacnejšou možnosťou je zateplenie horného poschodia a výmena dverí a okien. Celoplošná izolácia fasády je oveľa účinnejšia, ale aj drahšia.
• Hydraulické vyváženie radiátorov: Tým sa optimalizujú objemové toky v rozvodoch vykurovania a teplo sa rozdeľuje rovnomernejšie, čím sa zvyšuje aj účinnosť celého systému.
• Správne dimenzovanie a nastavenie: Tepelné čerpadlo by malo byť správne dimenzované a vykurovacia krivka optimálne nastavená cez regulačný systém.
• Výmena radiátorov: Prípadne si môžete dať vymeniť staré radiátory za moderné nízkoteplotné radiátory na prevádzku tepelného čerpadla.
• Vysokoteplotné tepelné čerpadlá: Ďalšou možnosťou sú takzvané vysokoteplotné tepelné čerpadlá, ktoré možno použiť pre akýkoľvek vykurovací systém. Takto možno tepelné čerpadlo použiť aj pre staré radiátory s vysokou teplotou prietoku. Vysokoteplotné tepelné čerpadlá však majú nižšiu účinnosť ako bežné tepelné čerpadlá a ich kúpa je tiež drahšia.

Stropné vykurovanie a chladenie

Stropné vykurovanie a chladenie tepelným čerpadlom je ideálnym moderným riešením pre tých, ktorí hľadajú moderný spôsob, ako udržať ideálnu teplotu vo svojom dome. Systém využíva sieť rúrok zabudovaných v strope, kde cirkuluje voda s teplotou 16-19°C pre chladenie v lete a teplejšia voda pre vykurovanie v zime. Pri chladení chladný vzduch prirodzene klesá, zatiaľ čo teplý stúpa k stropu. Tento systém ponúka vynikajúcu energetickú účinnosť a zdravé prostredie bez prievanu a hluku. Benefitom je aj možnosť významných úspor na prevádzkových nákladoch.

Ekonomické a ekologické aspekty

Vysoká účinnosť a úspora nákladov

Tepelné čerpadlá využívajú obnoviteľnú energiu úspornejšie, efektívnejšie a ekologickejšie ako akákoľvek iná technológia. Používajú približne 75% bezplatného enviromentálneho tepla a približne 25% elektrickej energie pre kompresor. Vďaka integrovanej funkcii chladenia dokážu vašu domácnosť príjemne chladiť aj v lete namiesto klimatizácie. Chladenie pomocou tepelného čerpadla nie je nákladovo náročnejšie ako chladenie pomocou klimatizácie, pretože obe zariadenia pracujú s podobnou technológiou. Skutočnou úsporou je pasívne chladenie, ktoré funguje a tepelné čerpadlo pritom nie je v prevádzke. Pomocou tepelného čerpadla môžete z vášho domova urobiť príjemnejšie miesto na bývanie a zároveň znižovať náklady na energie a pomáhať chrániť životné prostredie. Inštalácie tepelných čerpadiel navyše spĺňajú zákonné požiadavky na energetickú účinnosť budov.

Princíp fungovania technológie tepelných čerpadiel vzduch/voda

Dômyselný princíp technológie tepelných čerpadiel vzduch/voda je založený na štyroch fázach:

1. Vyparovanie: Energia je extrahovaná z vonkajšieho vzduchu a absorbovaná chladivom, ktoré mení skupenstvo a stáva sa plynným.
2. Kompresia: Kompresor stláča chladivo a tým zvyšuje jeho teplotu.
3. Kondenzácia: Teplo z chladiva sa prenáša cez kondenzátor do vykurovacieho okruhu. Pri poklese teploty sa chladivo v plynnom skupenstve znovu skvapalní.
4. Expanzia: Tlak a teplota chladiva klesá. Chladivo je opäť pripravené absorbovať energiu.

V horúcich dňoch môžu tepelné čerpadlá otočiť svoj vykurovací cyklus a vytvoriť príjemnejšiu teplotu vo vašej domácnosti aj bez montáže klimatizácie.

Nízka hlučnosť

Moderné tepelné čerpadlá sú nielen priateľské k životnému prostrediu, ale aj veľmi tiché. Ich úroveň hluku sa pohybuje v rozmedzí 42-53 dB(A). V tichom režime sa ich úroveň hluku vo vzdialenosti 3m pohybuje len na úrovni 28 dB(A), čo je sotva počuteľné. Preto sú ideálne pre rodinné domy v husto zastavanej oblasti. Je však dôležité ich nainštalovať na vhodné miesto, aby sa aj nepatrný zvuk generovaný tepelným čerpadlom mohol rozptýliť a nikoho nerušil. Toto je vhodné zohľadniť už vo fáze plánovania.

Plánovanie a inštalácia

Či už plánujete novostavbu alebo modernizáciu, výmenu alebo doplnenie existujúceho vykurovacieho systému, pri výbere tepelného čerpadla je dôležité pozrieť sa na svoje potreby a požiadavky. Ak sa tepelné čerpadlo inštaluje do novostavieb, je rozumné dopredu myslieť nielen na jeho funkciu vykurovania, ale aj na možnosť chladenia. Tepelné čerpadlá vzduch-voda využívajú ako zdroj tepla vzduch z okolia. V porovnaní s ostatnými typmi tepelných čerpadiel ide o najjednoduchšiu inštaláciu vhodnú takmer všade. Hĺbkové vrty, kopanie ani žiadne zvláštne povolenia nie sú potrebné. Zároveň to znamená, že tepelné čerpadlá vzduch-voda sa inštalujú veľmi rýchlo.

tags: #tepelne #cerpadlo #vykurovanie #a #chladenie