Tepelná čerpadla jsou nadčasová zařízení, která mnohé uživatele lákají hlavně proto, že pro vytápění, chlazení či ohřev teplé vody využívají obnovitelné zdroje energie. Jsou tedy šetrná k životnímu prostředí. Teplo získávané z těchto zdrojů je navíc bezplatné a účinnost tepelných čerpadel vysoká.
Jaký je princip tepelného čerpadla?
Tepelná čerpadla pro svou činnost využívají teplo z okolního prostředí – z vody, ze vzduchu, odpadního tepla nebo ze země. Jde o cyklicky pracující tepelné stroje, jejichž celý pracovní proces probíhá v uzavřeném systému, přičemž všechny děje, které v něm probíhají, se dokola opakují.
Ačkoliv v přírodě platí, že se teplo může samovolně šířit jen z místa teplejšího na místo chladnější (termodynamický zákon), prostřednictvím vhodně dodané energie umíme dosáhnout toho, že se teplo šíří z místa chladnějšího na místo teplejší. To je princip, s jakým pracují tepelná čerpadla. Často se můžete setkat s přirovnáváním těchto vytápěcích zařízení k lednici. Pokud byste přiložili ruku k její zadní straně (kondenzátoru), zjistili byste, že odtud sálá teplo jako z radiátoru. Je to jev spojený s tím, že se uvnitř lednice snažíme vytvářet chlad – odebíráme tedy teplo z vnitřního prostředí a odevzdáváme ho vnějšímu prostředí. Tepelné čerpadlo naopak odebírá teplo z vnějšího chladnějšího prostředí a při vyšší teplotě ho odevzdává do vnitřního prostředí, resp. odvádí ho topnému systému.
Jak funguje tepelné čerpadlo?
Jak již bylo zmíněno, tepelná čerpadla jsou cyklicky pracující zařízení, v kterých se opakuje několik procesů. K těmto procesům dochází ve 4 základních částech čerpadla, kterými jsou výparník, kompresor, kondenzátor a expanzní ventil. Jak funguje tepelné čerpadlo:
- Vypařování – chladivo, které koluje v tepelném čerpadle, odebírá teplo z okolního prostředí a při nízkém tlaku a teplotě dochází k jeho vypařování ve výparníku.
- Komprese – v této fázi je pára prudce stlačena kompresorem, což má za následek zvýšení jejího tlaku a teploty.
- Kondenzace – chladivo začne kondenzovat a teplo, které se naakumulovalo při kondenzaci, je odevzdáváno do vytápěcího okruhu (nebo do zásobníku teplé vody).
- Expanze – zkapalněné chladivo se přechodem přes expanzní ventil roztahuje, čímž dochází k prudkému snížení jeho teploty. Tímto posledním krokem se proces práce tepelného čerpadla dostává na počáteční fázi a znovu může začít celý proces od první fáze.
Typy tepelných čerpadel
Podle toho, z jakého zdroje čerpadlo získává energii, rozlišujeme následující základní typy tepelných čerpadel:
- tepelná čerpadla typu vzduch/voda – dochází v nich k odevzdávání tepla mezi vnějším vzduchem a topnou vodou,
- tepelná čerpadla typu země/voda – v tomto typu tepelných čerpadel dochází k odevzdávání tepla mezi zemním kolektorem nebo vrtem a topnou vodou,
- tepelná čerpadla typu voda/voda – k odevzdávání tepla v tomto případě dojde mezi vodním zdrojem (využívají se hlavně podzemní vody nebo jezera) a teplonosnou kapalinou.
Tepelná čerpadla typu vzduch/voda
Tepelná čerpadla typu vzduch/voda jako zdroj tepla využívají okolní vzduch. Patří k nejpopulárnějším typům vzhledem k tomu, že jejich instalace je nenáročná a vstupní náklady jsou oproti jiným typům čerpadel nižší. Vyznačují se vysokou účinností (až 70 % energie je možné získat z obnovitelných zdrojů) a jsou vhodné pro všechny druhy staveb. Za jejich nevýhodu je možné považovat to, že i navzdory vysoké účinnosti je tato účinnost o něco nižší než účinnost tepelných čerpadel typu země/voda a voda/voda. Zároveň nejsou vhodné do oblastí s velmi nízkými teplotami (pod -22 °C). Problémem může být i hlučnost, záleží ale na konkrétním zařízení – například Vitocal 222-A, jedno z nejtišších čerpadel na trhu, dosahuje při nočním režimu hlučnosti sotva 35 dB ve vzdálenosti 3 metrů. Na výběr jsou čerpadla kompaktní (sestávající z vnitřní jednotky umístěné v interiéru případně v exteriéru) a dělená splitová (sestávající z vnitřní jednotky a venkovní jednotky, která se nachází v exteriéru).
Tepelná čerpadla typu voda/voda
Jak již název napovídá, tento typ čerpadla odebírá teplo z vody, konkrétně ze spodní nebo povrchové. Tepelné čerpadlo pro spodní vodu vyžaduje výkop dvou studní – jedna je sací, druhá vsakovací, přičemž ze sací studny se voda využívaná jako zdroj tepla odebírá, vsakovací studnou se ochlazená voda vrací zpět. Tepelné čerpadlo pro povrchovou vodu vyžaduje přítomnost řeky s dostatečným množstvím vody určité teploty v blízkosti budovy, kterou chceme zásobovat teplem.
K výhodám těchto čerpadel patří nízké provozní náklady, stabilní výkon (dán stabilní teplotou vody v určitých hloubkách) a vhodnost pro všechny druhy staveb. Nevýhody jsou v podstatě totožné s nevýhodami tepelného čerpadla země/voda, navíc je však třeba počítat s nutností získání povolení na jejich instalaci od vodoprávního úřadu.
Jaké jsou výhody tepelného čerpadla?
K tepelným čerpadlům se čím dál více obrací pozornost domácností, ale i průmyslových a komerčních objektů. Vzhledem k tomu, že jde o zařízení, která jako zdroj tepla využívají obnovitelné zdroje energie, jsou jednou z možností, jak snížit emise ze skleníkových plynů. Tepelná čerpadla mají velké množství výhod, a to hlavně:- Tepelná čerpadla mohou sloužit k více účelům – nejen na vytápění, ale i k přípravě teplé vody nebo také pro chlazení objektů.
- Mají nízké provozní náklady, jelikož pro svůj chod využívají obnovitelné zdroje energie.
- Investice do tepelného čerpadla se obvykle vrátí během 5 až 10 let Navíc je při výměně za neekologický zdroj stále možné získat státní dotaci na tepelné čerpadlo, což snižuje vstupní náklady.
- Jsou spolehlivá i při nízkých teplotách – při tepelných čerpadlech typu země/voda není jejich využívání teplotně omezené, u čerpadel typu vzduch/voda můžeme tepelná čerpadla využívat při teplotách prostředí až do -22 °C a tepelná čerpadla voda/voda je vhodné používat při teplotě vody od +5 °C.
- Mají dlouhou životnost – mnohá tepelná čerpadla dokážou pracovat minimálně 20 let bez problémů, jejich životnost je však mnohem delší.
- Tepelná čerpadla můžeme využívat v kombinaci s různými typy topných systémů – podlahové, stěnové, stropní topné systémy – stejně jako se solárními kolektory, fotovoltaikou nebo klasickými topnými systémy.
- Většinou mají nízké prostorové nároky – u tepelných čerpadel odpadá potřeba budování skladu paliva a stejně tak ho dokážeme vtěsnat i do malých prostorů, jen u tepelných čerpadel typu země/voda jsou zvýšené nároky na plochu pozemku, kde budou kolektory umístěny.
- Jsou vhodné do nových, ale i rekonstruovaných objektů.
- Vyznačují se takřka bezúdržbovým chodem, jednoduchou obsluhou, mohou být spravovány na dálku.