Něco o tepelných čerpadlech

Proč válcují svou konkurenci?

Tepelná čerpadla dosahují bezkonkurenčně nízkých provozních nákladů, 70% energie získají zdarma ze svého okolí, jejich provoz je ekologický, bez škodlivých emisí, ale také bezobslužný a navíc získáte výhodnou sazbu elektřiny pro tepelné čerpadlo D 56 (pro firmy C 56) na 22 hodin denně. Proto se vyplatí topit a ohřívat užitkovou vodu právě tepelným čerpadlem. Proč ale vedou tepelná čerpadla vzduch-voda nad svými tepelně-čerpadlovými konkurenty?

Venkovní jednotka tepelného čerpadla vzduch-voda

Masivnější zájem o tepelná čerpadla propukl s razantním zvyšováním cen energií v 70. letech 20. století. Ovšem princip tepelného čerpadla je znám již 100 let a poprvé bylo TČ instalováno pro vytápění curyšské radnice ve Švýcarsku v roce 1936. 

Rozhodujeme se mezi třemi typy tepelných čerpadel

Výběr proběhne mezi tepelnými čerpadly vzduch-voda, země-voda a voda–voda. Zajímat nás bude možnost instalace, její doba a náročnost, provozní náklady a cena instalace. Nejhůř jsou na tom v ČR tepelná čerpadla voda-voda, jelikož nemají (až na výjimky) mnoho možností využít vodu jako primární zdroj energie. Proto se výběr v naprosté většině případů zúží na tepelná čerpadla vzduch-voda a země-voda. A právě ekonomické a provozní srovnání těchto čerpadel podle zdroje nízkopotenciálního tepla nám napoví.

Co se týká doby a náročnosti instalace, jsou na tom tepelná čerpadla vzduch-voda mnohem lépe. K jejich instalaci nepotřebujeme žádné povolení a montáž zabere běžně 3 až 4 dny. Zatímco pro instalaci TČ země-voda je třeba před zahájením vrtných prací zařídit povolení pro vrty a zajistit odvoz vyvrtané suti. Navíc je k povolení třeba provést zemní sondy a hydrogeologický průzkum, schválení příslušného povodí a báňského úřadu. Instalace tepelného čerpadla země-voda se zemní sondou zabere až několik měsíců.

Za kompletní instalaci kvalitního tepelného čerpadla vzduch-voda zaplatíte v případě běžného rodinného domku řádově kolem 160.000 korun, ovšem za tepelné čerpadlo země-voda cca 300.000 korun. Přitom ale tepelná čerpadla země-voda dosahují nižších provozních nákladů pouze o cca 10%, což v přepočtu představuje pouhých několik tisíc korun ročně a návratnost investice do tepelného čerpadla země-voda může (ale nemusí) přesáhnout až 20 let. A to je maximální předpokládaná životnost tepelných čerpadel obecně.

Porovnání ročních nákladů na vytápění 

Porovnání tepelných čerpadel pod drobnohledem

Všeobecně rozšířená představa laiků, že tepelná čerpadla voda-voda a země-voda jsou účinnější a tedy provozně výhodnější než tepelná čerpadla vzduch-voda, je zcela mylná. Praxe prokazuje, že jednotlivé typy tepelných čerpadel se stejnými nominálními výkony dokonce vykazují dlouhodobě podobné provozní náklady. Proč?

Tepelné čerpadlo vzduch-voda čerpá teplo z okolního vzduchu, zatímco čerpadla voda-voda z vody a země-voda ze země. V zimě odebírají čerpadla vzduch-voda teplo z mnohdy velice chladného vzduchu, zatímco teplota podzemní vody a půdy je ustálena lehce pod bodem mrazu. Ovšem v létě,na podzim a na jaře je teplota vzduchu mnohem vyšší a příprava topné a teplé užitkové vody tak vychází velice výhodně. Nesmíme zapomenout, že tepelná čerpadla neohřívají pouze topnou vodu, ale i vodu užitkovou a bazénovou. Navíc musíme přihlédnout k faktu zateplování budov, výstavbě budov dokonce v pasivním, nulovém a aktivním standardu a instalacím nízkoteplotních podlahových topných systémů.

Čili při krátkodobém poklesu venkovních teplot pod -15 ^oC již není nutné použít vedle čerpadla vzduch-voda další bivalentní zdroj tepla, jako tomu bylo dříve. Zakalkulovat je třeba i elektrický příkon jednotlivých typů čerpadel. Na glykolovém okruhu, který má poloviční přenosové vlastnosti a vyšší hustotu než voda, je příkon obvykle výrazně větší než příkon motoru ventilátoru čerpadla vzduch-voda. Rozdíl tedy snadno vyrovná ztráty, které jsou spojené s cyklickým odtáváním výparníku tepelného čerpadla vzduch-voda. No a nakonec – zásadní roli hrají též investice. Pořizovací náklady čerpadel vzduch-voda jsou nesrovnatelně nižší a rychlá je tudíž i návratnost investice. Lze dokonce říci, že pořízení celého zařízení tepelného čerpadla vzduch-voda a jeho instalace dosahuje ceny pouze zemního jímače u ostatních dvou typů tepelných čerpadel.

Obliba tepelných čerpadel vzduch-voda roste

Zcela zásadní bylo rozšíření pracovních teplot tepelných čerpadel vzduch-voda, při kterých mohou efektivně pracovat, až na mínus 25 ^oC. Závislost výkonu na teplotě okolního vzduchu je pak řešena doplňkovým zdrojem tepla - elektřinou. S nižší venkovní teplotou klesá výkon tepelného čerpadla, s vyšší naopak stoupá. A právě proto je pokles výkonu tepelných čerpadel vzduch-voda při nižších teplotách zcela kompenzován teplejším obdobím.

A pokud právě přičteme nízké pořizovací náklady, je jasno. Nové typy tepelných čerpadel vzduch-voda přitom dosahují vysokého výkonu, jsou minimálně hlučné a snadno se instalují bez potřeby jakéhokoli povolení. Navíc je teplo, které čerpadla odebírají okolnímu vzduchu, bezprostředně vraceno tepelnými ztrátami vytápěného objektu, byť jsou tyto ztráty minimální.  

Venkovní jednotka tepelného čerpadla vzduch-voda 

Princip tepelného čerpadla vzduch-voda

Právě v okolním prostředí (vzduch, voda, země) máme k dispozici nevyčerpatelné zdroje energie nízké teplotní úrovně. A tato energie pochází ze slunečního záření. Proto jsou tepelná čerpadla vlastně příbuzná se solárně termickými kolektory a fotovoltaikou (fotovoltaika produkuje elektřinu, nikoli teplo). A právě tepelná čerpadla převádí energii nízké teplotní úrovně na vyšší, která je již využitelná k vytápění a ohřevu vody (užitkové, bazénové). Vlastně jde o chladící zařízení, která však místo chlazení topí.

Základem tepelného čerpadla vzduch-voda je uzavřený okruh, který je naplněn chladivem. Chladící okruh má 4 základní části, ve kterých se stále opakuje stejný cyklus:

• Výparník:Do výparníku je přiváděno okolním vzduchem nízkopotenciální teplo, které způsobuje vypařování chladiva a páry chladiva se stávají nositelem tepelné energie, kterou převádějí do kompresoru. Proudění vzduchu přes výparník zajišťuje axiální ventilátor (ventilátory). Tento vzduch se přitom ochladí.
• Kompresor:Nasává páry z výparníku, stlačuje je a vytlačuje do kondenzátoru. Práce potřebná k pohonu kompresoru se přemění v teplo, které se přičítá k teplu přivedenému z výparníku.
• Kondenzátor: Energie přivedená do kondenzátoru parami chladiva z výparníku a kompresoru je převáděna do cirkulujícího topného média (sekundární okruh tepelného čerpadla). Převedeným teplem se topné médium ohřívá.
• Škrticí ventil: Kapalné chladivo, které zkondenzovalo v kondenzátoru při vyšším (kondenzačním) tlaku, se vstřikuje do výparníku, aby se zde opět vypařilo při nižším (vypařovacím) tlaku. Cyklus se stále opakuje.