Ako funguje tepelné čerpadlo: Jednoduchý sprievodca

Tepelné čerpadlo dnes patrí medzi najčastejšie spomínané riešenia, keď sa hovorí o modernom vykurovaní domu. Mnohí však stále váhajú práve preto, že si nevedia celkom predstaviť, ako funguje tepelné čerpadlo v praxi – odkiaľ berie teplo, prečo dokáže „kúriť zo zimy“ a čo všetko k tomu potrebuje.

V tomto článku si krok po kroku vysvetlíme princíp fungovania tepelného čerpadla, základné časti systému, rozdiely medzi jednotlivými typmi a faktory, ktoré rozhodujú o tom, či bude v konkrétnom dome naozaj efektívne.

Prečo je dobré rozumieť tomu, ako funguje tepelné čerpadlo

Tepelné čerpadlo je investícia na dlhé roky. Ak viete, ako funguje tepelné čerpadlo a čo od neho môžete realisticky čakať, ľahšie sa rozhodnete:

• či je vhodné pre váš dom,

• aký typ a výkon zvoliť,

• ako ho správne kombinovať s podlahovkou, radiátormi alebo fotovoltikou,

• čomu sa vyhnúť pri výbere a návrhu systému.

Cieľom nie je z vás spraviť projektanta – stačí, ak budete rozumieť základnému princípu a súvislostiam. Všetko ostatné je už na odbornom návrhu.

Ako funguje tepelné čerpadlo – základný princíp

Zjednodušene povedané, tepelné čerpadlo prenáša teplo z miesta, kde je ho relatívne málo využiteľného (napríklad vonkajší vzduch pri +2 °C), do vykurovacej sústavy v dome, kde ho potrebujeme na vyššej teplote (napríklad 35–45 °C do podlahovkyalebo radiátorov).

Princíp je podobný ako pri chladničke – len otočený „naopak“:

1. Zdroj tepla
   Tepelné čerpadlo odoberá energiu z okolitého prostredia:

• zo vzduchu (vzduch–voda, vzduch–vzduch),

• zo zeme (zem–voda prostredníctvom zvislých vrtov alebo plošných kolektorov),

• z vody (voda–voda – podzemná, povrchová, technologická voda).

2. Výparník
   V tepelnom čerpadle cirkuluje chladivo, ktoré sa pri nízkej teplote odparuje. Vo výparníku preberá teplo z vonkajšieho vzduchu alebo zemného kolektora a mení sa z kvapaliny na plyn.

3. Kompresor
   Kompresor nasaje plynné chladivo a stlačí ho na vyšší tlak. Pri stláčaní plynu rastie jeho teplota – chladivo sa zohreje na teplotu, pri ktorej dokáže odovzdať teplo vykurovacej vode.

4. Kondenzátor
   Horúce chladivo prúdi do kondenzátora, kde odovzdá teplo vykurovacej vode (napríklad pre podlahovku alebo radiátory). Pri tom sa skvapalní.

5. Expanzný ventil
   Skvapalnené chladivo prechádza expanzným ventilom, kde klesne jeho tlak aj teplota – a cyklus sa môže zopakovať vo výparníku.

Tepelné čerpadlo tak neprodukuje teplo spaľovaním paliva, ale presúva existujúcu energiu z prostredia na vyššiu teplotnú úroveň. Aj preto dokáže z 1 kWh elektriny dodať do systému približne 3–4 kWh tepla (v závislosti od typu, nastavenia a podmienok).

Z akých častí sa tepelné čerpadlo skladá

Aby bolo jasnejšie, ako funguje tepelné čerpadlo v reálnom zariadení, oplatí sa poznať jeho základné časti:

• Výparník – miesto, kde chladivo prijíma teplo z vonkajšieho prostredia.

• Kompresor – „srdce“ systému, ktoré stláča chladivo a zvyšuje jeho teplotu.

• Kondenzátor – výmenník, kde chladivo odovzdáva teplo vykurovacej vode.

• Expanzný ventil – prvok, ktorý znižuje tlak chladiva pred vstupom do výparníka.

• Obehové čerpadlá a hydraulika – zabezpečujú cirkuláciu vody v systéme (k radiátorom, do podlahovky, do zásobníka TÚV).

• Riadiaca jednotka – „mozog“ systému, ktorý riadi kompresor, obehové čerpadlá, odtápanie a jednotlivé režimy.

Podľa konkrétneho systému môžu byť tieto časti umiestnené v jednej kompaktnej jednotke (tzv. monoblok) alebo rozdelené na vonkajšiu a vnútornú časť (split).

Ako funguje tepelné čerpadlo v rôznych typoch systémov

Princíp je vždy rovnaký, rozdiel je najmä v tom, odkiaľ berieme teplo a ako ho v dome využívame.

Vzduch–voda

Najčastejšie riešenie pre rodinné domy:

• teplo sa odoberá z vonkajšieho vzduchu,

• teplá voda z tepelného čerpadla ide do radiátorov, podlahovky alebo zásobníka TÚV.

Výhody:

• jednoduchšia inštalácia (žiadne vrty, žiadne zásahy do pozemku),

• nižšie vstupné náklady.

Nevýhoda:

• účinnosť viac kolíše – pri nízkych vonkajších teplotách musí tepelné čerpadlo pracovať „viac“.

Zem–voda

Teplo sa odoberá zo zeme pomocou vrtov alebo plošných kolektorov:

• teplota v zemi je počas roka stabilnejšia než teplota vzduchu,

• systém má spravidla vyššiu a stabilnejšiu účinnosť.

Nevýhoda:

• vyššia vstupná investícia (vrty alebo výkopové práce),

• potreba vhodného pozemku a geologických podmienok.

Voda–voda

Tepelná energia sa čerpá z podzemnej alebo povrchovej vody:

• veľmi dobrá účinnosť (voda má stabilnú teplotu),

• vhodné tam, kde sú k dispozícii vhodné vodné zdroje a legislatívne povolenia.

Nevýhoda:

• náročnejší návrh,

• nároky na kvalitu vody a povolenia.

Vzduch–vzduch

Často známe najmä ako klimatizácie s funkciou kúrenia:

• teplo sa odoberá z vonkajšieho vzduchu,

• priamo sa odovzdáva vnútornému vzduchu cez vnútorné jednotky (žiadna vykurovacia voda).

Vhodné ako doplnkové kúrenie alebo pre dobre zateplené objekty.

Ako funguje tepelné čerpadlo v praxi: Čo ovplyvňuje účinnosť

To, ako funguje tepelné čerpadlo v reálnom dome, závisí od viacerých faktorov – nejde len o značku a výkon na štítku.

Rozdiel medzi teplotami

Najviac rozhoduje rozdiel medzi:

• teplotou zdroja (vzduch, zem, voda),

• požadovanou teplotou vykurovacej vody.

Čím menší je rozdiel, tým efektívnejšie tepelné čerpadlo pracuje. Preto:

• tepelné čerpadlo „miluje“ nízkoteplotné systémy (podlahovka, veľkoplošné radiátory),

• vysoké teploty vody (70–80 °C) sú náročnejšie – preto tam prichádza do úvahy špeciálne vysokoteplotné tepelné čerpadlo.

Návrh systému a dimenzovanie

Aj kvalitné zariadenie môže fungovať zle, ak:

• je predimenzované – dochádza k častým štartom a zastavovaniu,

• je poddimenzované – nestíha kryť tepelné straty a musí ho často dopĺňať iný zdroj tepla.

Dôležité je:

• správne spočítať tepelné straty budovy,

• zohľadniť realitu (zateplenie, okná, spôsob používania domu),

• navrhnúť vhodnú teplotu vody a typ vykurovania.

Regulácia a prevádzka

To, ako funguje tepelné čerpadlo v bežnom dni, výrazne ovplyvňuje:

• nastavenie ekvitermickej krivky (vzťah vonkajšej teploty a teploty vykurovacej vody),

• správne zónovanie (oddelené okruhy podlahovky, radiátorov, TÚV),

• spôsob vetrania (prievany a zbytočné tepelné straty).

Správna regulácia dokáže urobiť rozdiel medzi „papierovou“ účinnosťou a reálnou spokojnosťou v prevádzke.

Mýty a realita: Ako funguje tepelné čerpadlo v zime

Okolo toho, ako funguje tepelné čerpadlo v zime, koluje množstvo mýtov. Medzi najčastejšie patria:

• „Pri –10 °C už tepelné čerpadlo nefunguje.“
  Moderné zariadenia sú navrhnuté tak, aby pracovali aj pri výrazne nižších teplotách. Účinnosť síce klesá, ale systém neprestáva fungovať; v prípade potreby sa dočasne zapojí bivalentný zdroj (napríklad elektrický dohrev).

• „Keď je vonku zima, nemá z čoho brať teplo.“
  Vzduch má teplo aj pri mínusových teplotách – tepelné čerpadlo pracuje s rozdielom teplôt a využíva fyzikálne vlastnosti chladiva.

• „Tepelné čerpadlo v staršom dome nemá zmysel.“
  V mnohých starších domoch tepelné čerpadlo dáva zmysel – najmä po zateplení alebo rozumnej úprave sústavy. Niekedy je vhodné vysokoteplotné tepelné čerpadlo, inde kombinácia s radiátormi a podlahovkou.

Dôležité je posudzovať konkrétnu budovu, nie univerzálne tvrdenia.

Záver

Ak viete, ako funguje tepelné čerpadlo, ľahšie sa rozhodnete, či je pre váš dom vhodné a aký typ systému zvoliť. Princíp je vždy rovnaký – odoberanie tepla z prostredia a jeho „posunutie“ na vyššiu teplotnú úroveň pomocou chladiva a kompresora. O tom, či bude riešenie v praxi úsporné a spoľahlivé, rozhoduje najmä správny návrh, dimenzovanie, typ vykurovacej sústavy a kvalitná regulácia.

Ak zvažujete tepelné čerpadlo pre novostavbu alebo rekonštrukciu existujúcej budovy, oplatí sa vybrať nielen značku, ale aj partnera, ktorý rozumie technike aj reálnym podmienkam v budove. V ponuke Slovklima nájdete tepelné čerpadlá pre rôzne typy objektov a odborné poradenstvo pri výbere konkrétneho riešenia, aby systém dával technický aj ekonomický zmysel a spoľahlivo fungoval dlhé roky.

FAQ

Technická a zákaznícka podpora Slovklima.

Carmen Pozsonyi