Vykurovanie tepelným čerpadlom: Komplexný sprievodca moderným a úsporným riešením

V súčasnosti, keď ceny energií neustále rastú a tlak na ekologické riešenia je vyšší ako kedykoľvek predtým, sa stále viac domácností rozhoduje pre tepelné čerpadlá. Tepelné čerpadlá sú stále populárnejším riešením pre efektívne vykurovanie a chladenie domov, ako aj prípravu teplej vody. Ide o moderný, úsporný a ekologický spôsob vykurovania, ktorý dokáže výrazne znížiť náklady na energie. Tepelné čerpadlo je inovatívny nízkouhlíkový systém vykurovania a chladenia, ktorý vám zabezpečí celoročný komfort. Keďže spoločnosť sa snaží prechádzať z fosílnych palív na obnoviteľné alternatívy, jeho popularita neustále rastie. Tepelné čerpadlá poskytujú ekologické aj ekonomické výhody.

Tepelné čerpadlá využívajú energiu z okolitého prostredia - vzduchu, zeme alebo podzemnej vody - a pomocou moderných technológií ju premieňajú na teplo, ktoré môže byť následne využité pre vykurovanie, chladenie alebo ohrev vody. Oproti tradičným kotlom, ktoré spaľujú fosílne palivá, získavajú tepelné čerpadlá tepelnú energiu zo vzduchu, zeme alebo vody a prenášajú ju do interiéru.

Princíp fungovania tepelného čerpadla

Tepelné čerpadlo je zariadenie, ktoré čerpá teplo z jedného miesta na druhé, vynaložením vonkajšej práce. Spôsob fungovania tepelného čerpadla možno prirovnať k princípu fungovania chladničky, ale s tým rozdielom, že sa pri ňom vytvára teplo, nie chlad. V podstate ide o technickú aplikáciu dvoch veľmi dôležitých prírodných javov. Aby sme pochopili, na akom princípe fungujú tepelné čerpadlá, potrebujeme si v prvom rade uvedomiť, že teplo je len inak povedané tepelná energia, ktorú pri kontakte odovzdáva teplejšie teleso studenšiemu. Teplota je len vonkajší prejav energie každej hmoty. Ak hmota teplo odovzdáva, jej teplota klesá a ak teplo prijíma, jej teplota rastie.

Prvým javom je zmena teploty premeny skupenstva. Vieme regulovať teplotu varu a kondenzácie (skvapalňovania) látok pomocou zmeny tlaku. Druhým javom je tepelné správanie sa látok pri zmene skupenstva. Ak látka prechádza z kvapalného stavu do plynného, musíme jej dodať energiu. Tepelné čerpadlo je cyklicky pracujúci tepelný stroj, kde celý proces prebieha v uzatvorenom okruhu a všetky deje sa periodicky opakujú. Teplo sa môže samovoľne šíriť len z miesta teplejšieho na miesto studenšie, tak hovorí prirodzený a všetkým známy základný princíp prírody, o ktorom hovorí II. zákon termodynamiky. Vhodným dodaním energie vieme totiž tento prirodzený, samovoľný tok tepla otočiť a odvádzať teplo z miesta studenšieho na miesto teplejšie.

Štyri kroky cyklu tepelného čerpadla

V tepelnom čerpadle funguje princíp pozostávajúci zo štyroch krokov, ktoré prebiehajú nepretržite v uzavretom cykle. V neustále sa opakujúcom cykle tepelného čerpadla dochádza k odparovaniu, stláčaniu - kompresii, skvapalňovaniu a expanzii chladiva s cieľom získať tepelnú energiu. Okruhom prúdi chladivo - teplonosná látka s nízkym bodom varu, ktorá sa pri každom prechode okruhom najskôr odparí a následne opäť kondenzuje. Kvapalné chladivo absorbuje tepelnú energiu z prostredia a musí ju zvýšiť na takú úroveň teploty, aby ju bolo možné použiť vo vykurovacom systéme. Na to sa používa určitá časť elektrickej energie.

1. Odparovanie (výparník): Vo výparníku (vonkajšia jednotka) sa chladivo odparuje pri nízkej vonkajšej teplote a absorbuje do seba energiu z vonkajšieho okolia. Teplo z prostredia sa odovzdáva do okruhu tepelného čerpadla. Za absorpciu a prenos tepelnej energie je zodpovedné chladivo.
2. Stláčanie - kompresia (kompresor): Odparené chladivo je následne nasaté do kompresora, ktorý prudko zvýši jeho tlak a teplotu. V kompresore poháňanom prúdom sa plynné chladivo stláča, čím sa výrazne zvyšuje tlak a teplota. Túto časť princípu fungovania tepelného čerpadla môžete pozorovať aj na pumpe na bicykel, ktoré sa pri pumpovaní vzduchu zahrieva.
3. Skvapalňovanie - kondenzácia (kondenzátor): Stlačené horúce pary chladiva sú vytlačené do kondenzátora (vnútorná jednotka), kde je jeho teplo odovzdané do vody vykurovacieho systému. V tomto kroku odovzdáva zohriate chladivo svoje teplo vykurovaciemu okruhu, čím sa ochladzuje a stáva sa opäť kvapalným. Teplo sa potom ukladá do zásobníka teplej vody a akumulačného zásobníka.
4. Expanzia (expanzný ventil): Ochladením sa z chladiva stane opäť kvapalina, ktorá prúdi do expanzného ventilu (škrtiaci prvok), kde sa vstrekne do výparníka a cyklus sa opakuje. V poslednom kroku sa tlak kvapalného chladiva opäť zníži, čo ho ďalej ochladzuje, až kým nedosiahne svoju pôvodnú teplotu. Ochladzovanie kvapaliny pod tlakom a následné zníženie tlaku je jav, ktorý si môžete všimnúť aj na spreji v plechovke.

Typy tepelných čerpadiel podľa zdroja energie

Tepelné čerpadlá sa líšia podľa toho, odkiaľ získavajú teplo. Poznáme tri hlavné typy tepelných čerpadiel podľa toho, odkiaľ získavajú energiu: zo vzduchu, zo zeme alebo z vody. Aby ste mohli používať tepelné čerpadlo vo vašej domácnosti, musíte sa napojiť na zdroj tepla na vašom pozemku. Na tento účel je možné čerpať tepelnú energiu z vonkajšieho vzduchu, zeme alebo podzemnej vody.

Tepelné čerpadlá vzduch-voda

Tepelné čerpadlá vzduch-voda využívajú ako zdroj energie vonkajší vzduch. Získavajú teplo z vonkajšieho vzduchu a využívajú ho na vykurovanie a ohrev vody. Môže ísť o modely typu vzduch-vzduch (ktoré sú pripojené ku klimatizačným jednotkám na vykurovanie a chladenie priestoru) alebo typu vzduch-voda (ktoré sú pripojené k hydraulickým vykurovacím systémom ako radiátory a podlahové kúrenie). Tepelné čerpadlá využívajúce vzduch sú najbežnejšie používaným typom tepelných čerpadiel v domácnostiach, pretože sa vo všeobecnosti veľmi ľahko inštalujú. Sú vhodné pre novostavby aj rekonštrukcie.

Na trhu sa stretávame s dvoma hlavnými typmi tohto zariadenia - monoblok a split.

• Monoblok: Tepelné čerpadlo monoblok sa vyrába a montuje ako jeden celok v továrni.
• Split: V prípade splitového riešenia sú komponenty chladiaceho systému rozdelené medzi vonkajšiu a vnútornú jednotku. Spravidla býva lacnejšie ako monoblok. Vnútorná a vonkajšia jednotka sa musia pri inštalácii prepojiť potrubím s chladivom. Ich zriaďovacia cena je obvykle nižšia, ale ich inštalácia je náročnejšia a je potrebná povinná ročná kontrola tlaku chladiva.

Tepelné čerpadlá vzduch-voda dokážu efektívne pracovať až do mínus 20 °C a sú vybavené aj ochranou proti zamŕzaniu vonkajšej jednotky. Moderné tepelné čerpadlá určené pre chladné oblasti bez problémov fungujú aj pri teplotách -28 °C, pričom využívajú kompresory s variabilnou rýchlosťou a technológiu vstrekovania pary. Počas extrémne mrazivých teplôt hlboko pod nulou však môže tepelné čerpadlo spotrebovať viac elektrickej energie na výrobu tepla a teplej vody. Efektivita tepelných čerpadiel v zime môže klesať v prípade extrémnych mrazov, keď systém potrebuje viac elektriny na udržanie tepla. S klesajúcimi vonkajšími teplotami sa efektivita tepelného čerpadla znižuje, čím sa znižuje aj koeficient výkonnosti (COP).

Umiestnenie vonkajšej jednotky a hlučnosť

Vonkajšia jednotka moderného tepelného čerpadla využívajúceho vzduch má počas prevádzky hlučnosť 40 - 60 decibelov, čo je porovnateľné s tichou konverzáciou. Aj napriek tomu si však musíte dobre rozmyslieť, kde ju umiestnite, aby ste minimalizovali jej vizuálny a zvukový vplyv na vašich susedov. Vonkajšia jednotka musí byť umiestnená na voľnom priestranstve v závetrí, aby bol zaistený dostatočný prívod vzduchu (prietok cca 4-6 tis. m³/hod), najlepšie na južnej strane. Tepelné čerpadlo by malo byť umiestnené tak, aby hluk nerušil obyvateľov domu ani susedov. Určite by nemalo byť v blízkosti okien spálne či detskej izby. Správna je orientácia smerom k voľnému pozemku alebo ceste.

Aby čerpadlo fungovalo správne, potrebuje stály prísun vzduchu. Neodporúča sa inštalovať ho do úzkych priestorov, alebo do čiastočne uzatvorených priestorov, kde môže dochádzať k opätovnému nasávaniu už ochladeného vzduchu. Vonkajšia jednotka by nemala byť umiestnená tesne nad zemou, ale na zvýšenom základe. Zároveň treba myslieť na to, aby sneh padajúci zo strechy nepoškodil zariadenie. Potrebný je aj odvod kondenzátu - vody, ktorá pochádza zo vzdušnej vlhkosti, alebo z rozmrazovania v zime. Môže to byť aj 50 litrov vody za deň. Ak nebude zabezpečené odvádzanie kondenzátu, môže podmáčať stavbu a v zime namŕzať.

Tepelné čerpadlá zem-voda (geotermálne)

Tepelné čerpadlo zem-voda využíva ako zdroj energie teplo z pôdy/podložia. Geotermálne tepelné čerpadlá čerpajú energiu zo stabilnejších teplôt v zemi (bežne okolo 0 až 10 °C) a poskytujú účinné vykurovanie a chladenie domácností. Tento systém má vysokú účinnosť počas celého roka, je spoľahlivý a nevyžaduje takmer žiadnu údržbu. Tepelné čerpadlá využívajúce geotermálnu energiu znižujú náklady na vykurovanie o 40 až 60 % a často vydržia viac ako 20 rokov.

Na využívanie geotermálnej energie sú potrebné zemné práce alebo vrty. V závislosti od toho, ako hlboko sa vrt nachádza, možno využívať buď teplo z pod povrchu zeme alebo teplo z hĺbky.

• Zemný plošný kolektor: Funguje ako akumulátor tepla, v podstate ide o obrovský solárny kolektor. Teplo získava zo slnka počas teplejších mesiacov a ukladá ho v pôde. Pri využití plošného kolektora sa počíta, že potrebujete približne 1,5 až 2-násobok plochy obytnej časti domu. Nevýhodou tohto riešenia je, že na mieste, kde sú kolektory umiestnené, už nie je možné kopať alebo budovať hlbšie základy, aby sa nepoškodil systém. Ak by bol zemný kolektor poddimenzovaný a mal menšiu plochu, môže to spôsobiť podchladenie zeme, čím sa zhoršia podmienky pre tepelné čerpadlo a na jar mierne meškanie vegetácie.
• Zemný vrt (sonda): Využíva hlbinné teplo, ktoré je stabilnejšie po celý rok. Hĺbka vrtu je zvyčajne medzi 80 a 130 metrami a má priemer okolo 175 mm. Vyžaduje minimum priestoru, hlbinný vrt je možno previesť aj na najmenších parcelách. Približná cena za 1 meter zemného vrtu na pozemku sa môže líšiť v závislosti od viacerých faktorov, ako je napríklad typ pôdy, prístupnosť terénu, hĺbka vrtu a technológia, ktorá sa používa.

Tepelné čerpadlá voda-voda

Tepelné čerpadlo voda-voda, ktoré využíva podzemnú vodu, vyžaduje studňu na odber vody a vsakovaciu studňu, kam sa voda po využití vracia. Fungovanie tepelného čerpadla voda-voda, rovnako ako pri všetkých typoch tepelných čerpadiel, je založené na uzavretom okruhu chladiva. V tomto prípade chladivo absorbuje tepelnú energiu podzemnej vody a v cykle tepelného čerpadla ju využíva na vykurovanie priestoru. Podzemná voda má konštantne vysokú teplotu. Tepelné čerpadlo typu voda-voda je pomerne náročné na údržbu, s čím súvisia zvýšené prevádzkové náklady. Preto sa odporúča najmä pre stredné vyššie výkony. Tepelné čerpadlá, ktoré využívajú povrchovú vodu, sú závislé od sezónnych zmien teploty vody.

Účinnosť a výkon tepelných čerpadiel

Výkon tepelných čerpadiel sa meria pomocou tzv. sezónneho faktoru účinnosti (Seasonal Coefficient of Performance, SCOP) a koeficientu výkonu (COP). SCOP je sezónna hodnota efektivity, ktorá zohľadňuje výkyvy v prevádzkových podmienkach počas celého roka. COP nám ukazuje pomer medzi vloženou energiou a získanou energiou na vykurovanie. Ak dodáme 1 kW vo forme elektrickej energie, ktorá poháňa tepelné čerpadlo, a na strane kúrenia získame 5 kW tepla, vtedy je výkonové číslo tepelného čerpadla 5. Pri zvyšovaní príkonu, čiže v prípade potreby intenzívnejšieho chodu tepelného čerpadla alebo vyššej výstupnej teploty, sa toto číslo znižuje.

Tepelné čerpadlá majú účinnosť 300 - 400 %, čo znamená, že v porovnaní s elektrickými ohrievačmi spotrebujú tri až štyrikrát menej energie. Napríklad tepelné čerpadlo Daikin je schopné premeniť na teplo 300 až 400 % vstupnej energie. Kvalitná izolácia v celom objekte pomáha maximalizovať účinnosť tepelného čerpadla.

Vykurovanie a chladenie s tepelným čerpadlom

Obrovskou výhodou tepelného čerpadla je, že je to jediný vykurovací systém, ktorý je schopný vykurovať a zároveň chladiť. Je tak v prevádzke celoročne bez nutnosti vlastniť v domácnosti klimatizačnú jednotku. S tepelným čerpadlom môžete interiér počas letných horúčav úspešne schladiť iba vtedy, ak má jednotka reverzibilnú funkciu tepelného čerpadla, ktorá bola pri nej od začiatku naplánovaná. Ak chladenie tepelným čerpadlom pôvodne nebolo v pláne, dá sa táto funkcia do niektorých modelov namontovať aj spätne. Dôležité pritom je, aby bol vykurovací systém optimálne zladený s klimatizačným systémom tepelného čerpadla. Moderné TČ môže v lete pracovať reverzne a interiér ochladzovať.

Chladenie pomocou tepelného čerpadla funguje rovnakým spôsobom ako výroba tepla s tým rozdielom, že cyklus chladiaceho okruhu beží v opačnom smere - tzv. reverzný chod. Teplo sa vtedy z vykurovania odvádza do vonkajšieho prostredia, čím sa vykurovací systém ochladzuje. V lete sa COP (koeficient výkonnosti) zvyšuje, pretože vonkajšie teploty sú vyššie a tepelné čerpadlo nemusí toľko „bojovať“ proti nízkym teplotám.

Typy chladenia

• Pasívne chladenie: Je využiteľné len pri tepelných čerpadlách typu voda-voda a zem-voda. Tento spôsob využíva nízke teploty zeme alebo podzemnej vody, ktoré sú cez výmenník tepla prenesené do vykurovacieho systému. Počas tohto procesu nie je kompresor tepelného čerpadla aktívny.
• Aktívne chladenie: Je možné u všetkých typov tepelných čerpadiel. Pri aktívnom chladení sa kompresor tepelného čerpadla zapne a funguje podobne ako klimatizácia.

Pred investíciou do tepelného čerpadla: Dôležité faktory

Ak uvažujete o investícii do tepelného čerpadla, je dôležité zvoliť správny typ a výkon, aby ste dosiahli maximálnu efektivitu. To, či je tepelné čerpadlo pre vás tou správnou voľbou, závisí od rôznych faktorov, napríklad cien energií, izolácie domácnosti a dostupných dotácií. Pred kúpou tepelného čerpadla je kľúčové určiť, koľko tepla dom stráca. Čím vyššie sú tepelné straty, tým výkonnejšie čerpadlo budete potrebovať. Aby čerpadlo správne fungovalo, musí mať dostatočný výkon. Príliš slabé čerpadlo nebude efektívne a budete ho musieť dopĺňať elektrickým kúrením, čo zvýši náklady.

Kľúčové aspekty výberu

1. Typ tepelného čerpadla: Existujú 3 druhy tepelných čerpadiel, ktoré sú podrobnejšie popísané vyššie v článku.
2. Výkon tepelného čerpadla: Výkon tepelného čerpadla musí zodpovedať tepelným stratám budovy. Musí byť schopné poskytnúť dostatočné množstvo tepla počas najchladnejších dní v roku.
3. Účinnosť tepelného čerpadla: Účinnosť tepelného čerpadla sa meria pomocou koeficientu výkonu (COP) a sezónneho koeficientu výkonu (SCOP).
4. Možnosť chladenia: Ak plánujete využívať tepelné čerpadlo aj na chladenie, zamerajte sa na modely, ktoré podporujú túto funkciu.
5. Dostupnosť inštalačného priestoru: Pre systémy zem-voda je potrebné zvážiť veľkosť a typ pozemku, pretože inštalácia plošného kolektora alebo vrtov zaberá priestor.
6. Kompatibilita s existujúcim systémom: Ak už máte inštalovaný vykurovací systém, mali by ste zvážiť, či je kompatibilný s tepelným čerpadlom. Väčšina systémov funguje s už existujúcimi radiátormi a potrubím.

Náklady a životnosť

Cena tepelného čerpadla sa môže pohybovať medzi 7 000 - 15 000 € v závislosti od výkonu a typu. Nákupná cena a náklady na inštaláciu tepelného čerpadla sa môžu výrazne líšiť v závislosti od jeho typu. Prevádzkové náklady sú však veľmi konkurencieschopné, pričom investícia by sa vám mala vrátiť v priemere do 5 až 10 rokov.

Tepelné čerpadlá využívajúce vzduch vyrábané v Európe majú životnosť približne 15 až 20 rokov, kým systémy využívajúce geotermálnu energiu môžu vydržať až 25 rokov. Sú mimoriadne odolné a preto vyžadujú minimálnu údržbu a opravy. Raz ročne sa odporúča vykonať odborný servis, ktorý zahŕňa základné úkony ako kontrola hladiny chladiva, čistenie cievky, kalibrácia systému a čistenie filtra, ak je to potrebné.

Stavebné povolenia a regulácie

Európske stavebné nariadenia vo všeobecnosti povoľujú inštaláciu tepelných čerpadiel v rámci ohlasovacej povinnosti, presné pravidlá týkajúce sa veľkostí jednotiek a hraničných vzdialeností si však musíte overiť na miestnom stavebnom úrade. Pri pamiatkovo chránených budovách a historických objektoch sa môžu vyžadovať dodatočné povolenia. Vo väčšine krajín musia inštaláciu vykonať profesionálni certifikovaní technici, najmä ak využívate dotáciu. Firma AB Therm s.r.o je zapísaná v registri oprávnených zhotoviteľov v SIEA pre inštalácie tepelných čerpadiel, solárnych a fotovoltických systémov v rámci dotačného programu ” Zelená domácnostiam”. Ponúkané tepelné čerpadlá, solárne a fotovoltické systémy sú oprávnené zariadenia, sú takisto registrované ako oprávnené zariadenia v databáze SIEA. Podmienky na získanie dotácie a výška dostupnej podpory sa líšia v závislosti od krajiny.

Kombinácia s vykurovacími systémami

Ideálnou a nami doporučenou voľbou je podlahové kúrenie. Táto kombinácia vykurovacích prvkov je veľmi vhodná. Hlavným dôvodom je, že podlahové vykurovanie pokrýva a odovzdáva teplo cez veľkú plochu, preto z fyzikálnej podstaty nie je potrebné zohrievať vykurovaciu vodu do podlahy na vysokú teplotu, aby bola teplota v objekte príjemná a stabilná. Potrebná teplota podlahového vykurovacieho systému závisí na type inštalácie, prevádzková teplota však nepresahuje 35°C a mala by byť stabilná a dlhodobá a ideálne bez regulačných zásahov.

Tepelné čerpadlá dodávajú vykurovaciu vodu kontinuálne počas celého dňa - tzn. nedodávajú veľa vykurovacej vody nárazovo (ako napr. zapnutý plynový kotol), ale kúria nižším teplotným spádom. Podlahové kúrenie v kombinácii s tepelným čerpadlom je ekonomicky najvýhodnejšou voľbou pre novostavby rodinných domov a polyfunkčných objektov. Náklady na montáž bývajú mierne vyššie oproti iným spôsobom, ale postupom času sa Vám vrátia z úspor za spotrebované teplo. Podlahové kúrenie nie je jedinou voľbou vykurovacieho systému. S tepelným čerpadlom je možné kombinovať aj radiátory, a to aj s tepelným čerpadlom. Závisí to na type a výkone čerpadla, ale aj na veľkosti radiátorov.

Smart technológie a kontrola

Ďalšou výhodou tepelných čerpadiel je, že ich možno prepojiť so systémami na ovládanie inteligentnej domácnosti ako Google Home. Všetky tepelné čerpadlá MasterTherm je možné po doplnení internetového modulu pripojiť k internetu. Každý používateľ má tým pádom možnosť sledovať a ovládať tepelné čerpadlo z webu, tabletu alebo mobilu.

Mýty o tepelných čerpadlách

O tepelných čerpadlách stále koluje pár mýtov, napriek tomu, že nie sú pravdivé, alebo sa už technológia výrazne posunula.

• Mýtus: Tepelné čerpadlá nefungujú v chladnom počasí.
• Realita: Teplo sa nachádza aj vo vzduchu s teplotou len -273 °C. Moderné tepelné čerpadlá určené pre chladné oblasti preto bez problémov fungujú aj pri teplotách -28 °C, pričom využívajú kompresory s variabilnou rýchlosťou a technológiu vstrekovania pary.
• Mýtus: Počiatočná investícia je príliš vysoká.
• Realita: Ľudia nie vždy berú do úvahy dlhodobé úspory, ktoré im tepelné čerpadlo prinesie, ani rôzne dostupné dotácie, ktorými si môžu znížiť počiatočnú investíciu.
• Mýtus: Je potrebné vymeniť existujúce radiátory alebo potrubie.
• Realita: Nie, väčšina systémov funguje s už existujúcimi radiátormi a potrubím.

Budúcnosť vykurovania s tepelným čerpadlom

Tepelné čerpadlo je najefektívnejší spôsob vykurovania - šetrí vaše peniaze a zároveň chráni životné prostredie. Tepelné čerpadlá určujú budúcnosť vykurovania domácností v Európe, pretože dokážu zabezpečiť stály komfort a výrazne znížiť emisie uhlíka aj náklady na energie. Tým, že energiu nevyrábajú, len ju prenášajú, predstavujú jeden z najinteligentnejších a najúčinnejších spôsobov, ako dosiahnuť udržateľnú domácnosť. Ak hľadáte energeticky efektívny, ekologický a spoľahlivý spôsob vykurovania a ohrevu vody, tepelné čerpadlo môže byť správnou voľbou pre vašu budovu. Naši špecialisti na vykurovacie systémy vám pomôžu pri výbere a inštalácii systému, ktorý bude najlepšie vyhovovať vašim potrebám.

tags: #kurenie #vodnym #cerpadlom