Účelem tepelného čerpadla je ohřev vody, která se může využívat jak pro vytápění, tak i jako teplá voda pro užitkové účely. Jaké tepelné čerpadlo si můžete pořídit a co brát v úvahu při rozhodování mezi jednotlivými typy?

Tepelná čerpadla mají uplatnění nejen v rodinných domech, ale také v administrativních budovách, školách, průmyslu, službách, zemědělství atd. Široké možnosti uplatnění tepelných čerpadel jsou dány také tím, že jejich výkon může být od několika kW až po mnoho desítek kW. Při propojení více tepelných čerpadel je to i více než 100 kW.

Princip fungování tepelného čerpadla

Tepelné čerpadlo odebírá teplo z určitého (primárního) prostředí a toto teplo předává jinému prostředí. Pro svoji funkci potřebuje určitou hnací energii (elektrickou), která je zapotřebí pro provoz kompresoru. Každé tepelné čerpadlo má buď jen venkovní, nebo jen vnitřní, anebo venkovní i vnitřní jednotku.

Z hlediska funkce obsahuje každé tepelné čerpadlo 4 funkční (pracovní) části – výparník, kompresor, kondenzátor a expanzní ventil. V těchto částech dochází v průběhu práce k těmto činnostem: ve výparníku k odpařování, v kompresoru ke kompresi (stlačování), v kondenzátoru ke kondenzaci (ochlazování) a v expanzním ventilu k expanzi (roztahování) pracovní látky.

Touto látkou bývá nejčastěji ekologické chladivo s označením R 410 A nebo jiné. Toto chladivo se nevyměňuje ani nedoplňuje. Jeho množství je stejné v zimě i v létě, když se netopí.

Stručná charakteristika jednotlivých druhů tepelných čerpadel

Primární prostředí (zdroj tepla), ze kterého tepelné čerpadlo odebírá teplo, je země (půda), voda, nebo vzduch. Odebrané teplo se uloží do vody, která se tím ohřeje a slouží k vytápění nebo užitkovým účelům. Proč jsou tepelná čerpadla označována jako země/voda, vzduch/voda nebo voda/voda? Primární okruh je země, vzduch, nebo voda a z hlediska energetického je nízkopotenciální zdroj tepla.

Přibližné hodnoty potřebné vydatnosti zdroje tepla:

Výkon 1 kW voda vzduch země
Průtok zdrojevýparníkem (kg/h) 200 800 250

Vysvětlení tabulky: Má-li mít tepelné čerpadlo tepelný výkon cca 8 kW, musí být k dispozici přibližně 8krát 200 kg vody každou hodinu, tedy každou hodinu se jednomu tisíci a šesti stům kilogramům vody musí odebrat teplo. Je to velké množství, výrobci tepelných čerpadel doporučují minimálně 0,5 l vody za sekundu, ale raději 1 l/s. Podobně musí být velké množství vzduchu a velká plocha půdy, z níž se odebírá teplo.

Tepelné čerpadlo voda/voda

Voda využívaná jako zdroj tepla může být spodní i povrchová. Nejčastěji se využívají vrtané studny o hloubce 5–12 metrů. V této hloubce je teplota vody pro využití tepelným čerpadlem nejvhodnější a po celý rok téměř konstantní, a to mezi +8 až +12 °C.

Tato teplota je předpokladem vyššího topného faktoru, možnosti efektivního využití a dobré účinnosti tepelného čerpadla. Díky stálé teplotě podzemní vody pracují tepelná čerpadla vyrovnaně a bez výkyvů způsobených značnou změnou teploty.

Podmínkou pro instalaci tepelného čerpadla voda/voda je jeho umístění do místnosti. Toto tepelné čerpadlo se neumísťuje ven, při mrazu vzniká nebezpečí zamrznutí čerpadla. Tepelná čerpadla podle vody, kterou využívají:

  • Tepelné čerpadlo pro spodní vodu – V blízkosti vytápěné nemovitosti se vykopou nebo vyvrtají dvě studny. Jedna se nazývá sací a druhá vsakovací nebo také vratná. Ze sací studny se odebírá voda využívaná jako zdroj tepla. Vsakovací studnou se vrací ochlazená voda zpět. Vzdálenost studní od sebe se doporučuje nejméně 15 metrů. Vody musí být dostatečné množství, aby stačila k dlouhodobému provozu.
  • Tepelné čerpadlo pro povrchovou vodu – Jde o využívání tekoucí vody – voda v pohybu. Znamená to, že v blízkosti budovy s tepelným čerpadlem musí být potok nebo řeka s dostatečným množstvím vody o určité využitelné teplotě. Tato podmínka bývá málokdy splněna. Pro provoz tepelného čerpadla s využitím vody jako nízkopotenciálního zdroje tepla je třeba mít povolení vodohospodářského úřadu.

Tepelné čerpadlo odebírající teplo z vody.
Obr.: Tepelné čerpadlo odebírající teplo z vody. Zdroj: Viessmann.


Tepelné čerpadlo země/voda

Odebírání tepla ze země se provádí pomocí vystrojených zemních vrtů nebo plošných kolektorů. Vrty se provádějí nejčastěji do hloubky až 150 metrů, přičemž vedle sebe mohou být v předepsané vzdálenosti třeba dva. Pro zajištění výkonu 1 kW je třeba, aby hloubka vrtu byla přibližně 12 metrů délky.

Plošné kolektory představují soustavu plastových trubek uložených v optimální hloubce přibližně 1,5 – 2 metry pod povrchem země. V této hloubce je teplota téměř konstantní v průběhu celého roku. Pro zajištění výkonu 1 kW je třeba, aby plocha půdy, ze které se odebírá teplo, byla přibližně 30 m2. 

Země je nízkopotenciální zdroj tepla, který se při správném dimenzování nevyčerpá. V hloubce okolo cca 1,5 metru jsou velmi dobré podmínky pro odebírání tepla. V této hloubce může být vedeno také vodovodní nebo kanalizační potrubí.

Vzájemné křížení potrubí se nedoporučuje. Pokud to však nejde jinak, musí být vodovodní i kanalizační potrubí dobře tepelně zaizolováno. Při odebírání tepla z půdy může teplota klesnout pod bod mrazu a hrozilo by nebezpečí zamrznutí vody v těchto potrubích.

Tepelné čerpadlo odebírající teplo pomocí zemních hloubkových vrtů.
Obr.: Tepelné čerpadlo odebírající teplo pomocí zemních hloubkových vrtů. Zdroj: Viessmann.


Tepelné čerpadlo odebírající teplo pomocí zemních kolektorů.
Obr.: Tepelné čerpadlo odebírající teplo pomocí zemních kolektorů. Zdroj: Viessmann.


Tepelné čerpadlo vzduch/voda

Teplo vzduchu se odebírá pomocí lamelových výparníků. Tyto moderní výrobky pracují s téměř stoprocentní objemovou účinností a mají velký topný výkon i účinnost. Množství vzduchu, kterému se odebírá teplo, je velmi velké. Závisí na požadovaném výkonu tepelného čerpadla a jedná se až o tisíce m3 vzduchu za hodinu.

Tepelné čerpadlo vzduch/voda odebírá teplo vzduchu i v případě, kdy je venkovní teplota nižší než bod mrazu. Při teplotách venkovního vzduchu v rozmezí -5 °C až +7 °C se na výparníku vytváří námraza z vlhkosti vzduchu. Námraza se odstraňuje reverzním chodem. Po dobu cca 2 minuty se obrací chod tepelného čerpadla.

Ventilátor odebírá teplo z topné soustavy. Výparník se ohřívá, námraza odtaje a vytvořený led spadne. Při teplotách nad 7 °C se námraza netvoří, vzduch je natolik teplý, že ani po ochlazení nedosahuje záporných teplot.

Tepelné čerpadlo odebírající teplo ze vzduchu.
Obr.: Tepelné čerpadlo odebírající teplo ze vzduchu. Zdroj: Viessmann.


Výběr tepelného čerpadla jako zdroje tepla

Při rozhodování o volbě tepelného zdroje rozhodují často možnosti a podmínky využití tepelného čerpadla v dané lokalitě. Rozhodující je zájem o co nejmenší celkové náklady – pořizovací (vstupní) a provozní náklady během doby používání. Tepelné čerpadlo je téměř nezávislé na cenách komodit, protože k jeho provozu je potřeba jen malé množství elektrické energie. Klady a nevýhody jednotlivých typů si shrneme níže.

Tepelné čerpadlo voda/voda

  • Klady: Nízké provozní náklady; stabilní výkon při různých klimatických podmínkách; vhodné pro všechny druhy staveb i větší objekty.
  • Nevýhody: Vyšší vstupní náklady; potřebný prostor pro zemní stroje; nutnost dodržení předepsané vzdálenosti studní na vodu; v místě, kde jsou podzemní kolektory, nelze umístit bazén nebo stavět; nutnost umístění v budově (venku by v zimě zamrzla voda v čerpadle); nutnost mít povolení vodohospodářského úřadu.

Tepelné čerpadlo země/voda

  • Klady: Nízké provozní náklady; nejefektivnější typ tepelného čerpadla; tichý a bezúdržbový provoz; záruka 5 let pro čerpadla do 35 kW; vhodné pro všechny druhy staveb i větší objekty.
  • Nevýhody: Vyšší vstupní náklady; potřebný prostor pro zemní stroje; v místě, kde jsou podzemní kolektory, nelze umístit bazén nebo stavět.

Tepelné čerpadlo vzduch/voda

  • Klady: Vysoká účinnost; nízké vstupní náklady; odpadají zemní práce (vrty/kolektor); vhodné pro všechny druhy staveb i větší objekty; efektivní provoz až do venkovní teploty -25 °C; kompresor s řízeným výkonem se umí přizpůsobit aktuální potřebě tepla, a tak maximálně optimalizuje provozní náklady; záruka 10 let na kompresor.
  • Nevýhody: Nižší účinnost v porovnání s tepelnými čerpadly země/voda a čerpadly voda/voda; nevhodné pro oblasti s velmi nízkými teplotami – hory; hlučnost venkovní jednotky (větší nebo menší v závislosti na konkrétním produktu).

Splitové tepelné čerpadlo vzduch/voda Vitocal 200-S s mimořádně tichým provozem venkovní jednotky.
Obr.: Splitové tepelné čerpadlo vzduch/voda Vitocal 200-S s mimořádně tichým provozem venkovní jednotky. Zdroj: Viessmann.


Shrnutí na závěr

Pro volbu tepelného čerpadla je třeba znát předem všechny podmínky a možnosti jeho používání v konkrétní lokalitě tak, aby se stalo z hlediska ekonomického co nejlépe využitým. Tepelná čerpadla země/voda a voda/voda mají nejvyšší účinnost.

Oproti tepelnému čerpadlu vzduch/voda jsou vhodná i pro oblasti s častými mrazy. Zemní kolektory a vrty jsou totiž umístěné pod zemí, kde je celoročně stabilní teplota. Mají až o 30 % nižší spotřebu elektrické energie pro svůj provoz oproti tepelnému čerpadlu vzduch/voda.

Největších tepelných zisků dosahují čerpadla typu země/voda nebo voda/voda, které ale ke svému provozu potřebují buď hluboké vrty, relativně velkou nezastavěnou zahradu, nebo vodní plochu. Tepelná čerpadla vzduch/voda jsou v současné době nejprodávanější a instalují se u nemovitostí častěji než země/voda a voda/voda.

Celkové náklady (pořizovací + provozní) totiž vycházejí nejlépe. Tepelné čerpadlo vzduch/voda jsou nejlepší variantou pro rodinné domy, které nemají k dispozici dostatečně velký pozemek pro tepelné čerpadlo s plošným kolektorem nebo potřebnou velikost zahrady pro vrty umístěné v předepsané vzdálenosti.