• Technologická řešení Viessmann
      nabízí zákazníkům nejpokročilejší
      řešení více než 100 let.

      Jako rodinná firma přemýšlíme o našem vývoji v generacích.

      100 let Viessmann
 

Porovnání tepelných čerpadel

Zdroj: Viessmann

Všechna tepelná čerpadla fungují na stejném principu, jednotlivé typy se ale v různých ohledech liší. V následujících řádcích vám přinášíme porovnání tepelných čerpadel z hlediska jejich provedení, funkcí a konstrukce, což vám může usnadnit zorientování se v problematice, ale i samotné rozhodování, pokud zvažujete využívání tohoto ekologického zařízení.

Obecně platné: Odevzdávání energie

Obecně platí, že tepelné čerpadlo (dále jen TČ) je stroj, který zajišťuje přenos tepelné energie z hladiny energeticky nižší na hladinu energeticky vyšší za pomoci další energie (elektrické, obsažené v plynu a podobně). Můžeme si to představit jako „výtah na teplo“. Nositel energie (např. voda) má určitou teplotu, která je tímto „výtahem“ posunuta na vyšší hodnotu – zvýšena. Tento stroj odebírá teplo nějakému prostředí a předá ho jinému prostředí na vyšší energetické hladině. Ve většině případů je teplo odebíráno okolnímu vzduchu, zemině, hornině nebo vodě. To je pak pomocí chladiva a kompresoru předáno opět vodě nebo vzduchu.

Základní vlastností, která charakterizuje energetickou účinnost, je tzv. topný faktor, případně sezónní topný faktor. To je hodnota, která říká, kolikrát je množství předávané energie vyšší než energie potřebná k pohonu kompresoru. 

Podle zdroje tepla a předávaného média se TČ označují jako vzduch-vzduch, vzduch-voda, země-voda a voda-voda.

Provedení tepelných čerpadel

Po zdroji tepla je dalším rozlišovacím znakem provedení TČ. Mluvíme o TČ monoblokovém, nebo děleném. Jak je z názvu patrné, jedná se o zařízení, které je buď celé v jednom kuse, nebo se skládá z více dílů, kde některé jsou umístěny přímo v prostředí, z něhož energii odebírají (venkovní prostředí – zahrada), a zbytek je umístěn v objektu. Obě části jsou propojeny potrubím, kterým prochází teplonosná látka předávající teplo z jedné části do druhé. Tou může být chladivo nebo i voda. Použití obou přináší určité výhody, ale také nevýhody.

Vzduchotechnická tepelná čerpadla

Prvními představiteli jsou vzduchotechnická TČ, která se většinou dodávají v tzv. provedení split, případně multisplit. To jsou tepelná čerpadla, kde je na fasádě objektu umístěna venkovní jednotka, která obsahuje tepelný výměník (tzv. výparník) a kompresor. Uvnitř v místnosti je umístěn druhý výměník (tzv. kondenzátor), ventilátor a veškerá potřebná regulace. Teplo je do domácností dodáváno ventilátorem. Tato zařízení se vyrábí i v provedení multisplit, kde venkovní jednotka zásobuje více vnitřních, na sobě nezávislých zařízení. Samostatnou speciální aplikací TČ jsou tzv. VRV systémy, které se uplatňují u velkých administrativních budov, kde je nutné předávat teplo mezi jednotlivými vnitřními jednotkami okamžitě, protože jedna část objektu má potřebu např. topení a druhá, orientovaná na jih, chlazení.

Tepelná čerpadla země-voda

Tepelná čerpadla pro vytápění začínala v provedení země-voda, protože účinnost těchto zařízení byla vyšší než u ostatních, jelikož teplota zdroje tepla (zemina, hornina) byla celoročně nejstálejší a také nejvyšší. Z tohoto důvodu nebylo potřeba hodně elektrické energie k pohonu kompresorů; čerpadla tudíž měla nejvyšší topný faktor.

Primárním zdrojem je v tomto případě zemina (plošné kolektory z rozvinutých trubek uložených v zemi v hloubce 1,2 až 1,5 m, příp. geotermální koše) nebo hornina (vertikální vrty osazené potrubím až do hloubek 100 a více metrů). Každá z těchto aplikací má opět různé limity. Potrubím uloženém v zemi lze odebírat cca 15 až 25 W/m2, ale závisí to na typu horniny (písek, jíl apod.) a na její vlhkosti. Pro běžný rodinný dům je potřebná plocha pro realizaci kolektoru přibližně 2krát větší, než je podlahová plocha objektu. Je realizačně levnější než vertikální půdní sondy (vystrojené vrty). Těmi lze získat až 50 W/bm hloubky, ale opět je to závislé na typu horniny, jejím zavodnění apod.

Další vlastností, s kterou je třeba počítat u plošných kolektorů, je zchlazení dotčených vrstev půdy, které způsobuje, že se prostředí zde chová, jako kdyby byl objekt postaven v nadmořské výšce o cca 200–300 m výše. A vzhledem k blízkosti potrubí k povrchu je třeba počítat s větším kolísáním teploty podloží než u hlubinných vrtů (energie pochází ze Slunce a deště).

Tepelná čerpadla voda-voda

TČ voda-voda nejsou příliš rozšířená, protože dostupnost primární vody je značně omezená, a hlavně je potřeba jimi „procedit“ velké množství vody – jedná se vždy o kubíky vody za hodinu. Dalším problémem je kvalita této vody, která silně narušuje i nerezové výměníky.

Tepelná čerpadla vzduch-voda

V současné době mají největší rozmach TČ v provedení vzduch-voda. Jsou to TČ, která už mají nespočet variant. Ať již zmíněný split, nebo kompakt v provedení venkovním, nebo vnitřním. Vzduch, kterému je teplo odebíráno, prochází venkovní jednotkou, nebo je výměník (výparník) umístěn mimo vlastní TČ jako venkovní objekt ve tvaru koule, kuželu či plotu.

V případě vnitřního provedení je vzduch do čerpadla dopravován vzduchotechnickým potrubím do objektu, kde je TČ umístěno. Výhodou tohoto provedení je snížení ovlivnění okolního prostředí hlukem na minimum, ale prostor, který TČ zabírá, je větší než u venkovního provedení.

Masivní vzestup TČ vzduch-voda byl umožněn především technickým pokrokem v provedení kompresorů s proměnlivými otáčkami, tzn. plynulou změnou výkonu (invertor), a dále vývojem nových ekologických chladiv s lepšími vlastnostmi (nižší teplota odpaření).

Jejich technické řešení je výrazně jednodušší a cenově dostupnější, především protože odpadají problémy s jímáním tepla (vzduch je všude kolem nás a jeho dílčí ochlazení se velmi rychle rozmělní do ostatního vzduchu).

Tím TČ vzduch-voda i díky legislativně jednoduššímu schvalování získávají mnohem více příznivců jak z řad montážních firem, tak investorů. V řadě případů je však u splitového nebo kompaktního venkovního provedení podceněna zvýšená hluková zátěž okolí objektu (zde se běžně vyžaduje hluková studie a akustické měření), což může vést k soudním sporům mezi sousedy.

Funkce tepelných čerpadel

TČ dnes musí splňovat více funkcí než v počátcích jejich nasazení do topenářské praxe. Musí umět nejen topit, ale také připravovat teplou vodu (TV – dříve TUV) pro domácnost a v neposlední řadě i chladit, případně ohřívat vodu v bazénu.

Příprava TV

Přípravu teplé užitkové vody (dále jen TV) je třeba nadimenzovat s ohledem na nižší teplotní potenciál TČ, než je tomu např. u plynového kotle. A zákazník musí být obeznámen, že teplota TV ve zdroji bude nižší a směšuje se na vodovodních bateriích v jiném poměru než u hromadné výstavby nebo u plynového či elektrického kotle.

Chlazení tepelným čerpadlem

TČ země-voda jímají energii z prostředí, kde je možné využít přímo teploty horniny k přímému (pasivnímu) chlazení bez použití kompresoru. Tato čerpadla jsou doplněna o další výměník a v době chlazení je v nich „otočen“ chod. Jímající stranou je zde objekt a přijímací stranou hornina (zemina), která se teplem nabíjí (zvyšuje se její teplota). U TČ vzduch-voda se používá strojní, tj. kompresorové chlazení, protože pasivní chlazení je nedostatečné a ohřátý vzduch z objektu je třeba ochladit strojně.

U chlazení objektů je hlavně nutné mít na paměti, že je třeba použít vhodná otopná (chladící) tělesa, která dokážou předat dostatečný chladicí výkon chlazenému prostoru. K tomuto účelu jsou zásadně nevhodná desková nebo článková otopná tělesa, protože jejich přestupní plocha je nedostatečná. Vhodné jsou jen tzv. fan-coily (konvektory), ale ty v rodinných domech většinou nejsou esteticky akceptovatelné. Druhým typem vhodné chladicí plochy je podlahové vytápění nebo stropní chlazení. U obou druhů je třeba provést správné dimenzování jak z hlediska plošného, tak hydraulického.

Teploty chladící vody u plošného chlazení musí být nad rosným bodem vzduchu v chlazeném prostoru, jinak dojde k rosení chladících ploch a nežádoucímu skapávání vody na podlahu, případně k jejímu vlhnutí.

Životnost a ceny tepelných čerpadel

TČ pro topenářskou praxi v sobě mají jen několik pohyblivých částí: kompresor, přepínací ventily, oběhová čerpadla a expanzní ventil. Zbývající části jsou statické (výměníky tepla, trubky a nezbytná elektroinstalace). Nejzranitelnější jsou pohyblivé části, které se provozem nejvíce opotřebovávají. Z nich je srdcem kompresor, který bývá také nejčastější příčinou poruch (únik chladiva, zadření apod.). Jeho životnost je většinou udávána v počtu cyklů (zapnuto-vypnuto). Při dobře navrženém celém zařízení (tj. TČ včetně otopné soustavy) se předpokládá životnost v rozsahu 10–20 let. To však není životnost celého zařízení; často stačí jen vyměnit kompresor a TČ pracuje spolehlivě další roky.

Cenové relace u TČ lze srovnávat jen při stejné konfiguraci (např. využití pro vytápění a přípravu TV) a výkonu. Pro běžný rodinný dům se ceny mohou pohybovat od cca 70 000 Kč bez DPH až po 250 000 Kč bez DPH u TČ dle výrobce, účinnosti, provedení a vybavení.