Ako funguje tepelné čerpadlo? Princíp, účinnosť a reálne úspory

Tepelné čerpadlo dnes patrí medzi najefektívnejšie technológie vykurovania domácností. Využíva energiu z okolitého prostredia a dokáže ju premeniť na teplo pre vykurovanie aj ohrev vody. Aby však systém fungoval úsporne a spoľahlivo, je dôležité rozumieť jeho princípu, účinnosti aj rozdielom medzi jednotlivými typmi.

V tomto článku sa dozviete:

• Princíp fungovania: štyri fázy chladiaceho okruhu tepelného čerpadla
• Účinnosť systému: čo znamenajú parametre COP a SCOP
• Možnosti využitia: vykurovanie, ohrev TÚV a chladenie
• Zdroje energie: rozdiely medzi systémami vzduch-voda, zem-voda a voda-voda
• Najčastejšie mýty: hlučnosť, prevádzka v mrazoch a reálne náklady

Tepelné čerpadlo funguje na princípe presunu tepla z okolitého prostredia do vykurovacieho systému domu. Aj pri nízkych teplotách totiž vzduch, pôda aj podzemná voda obsahujú využiteľnú tepelnú energiu, ktorú je možné pomocou tepelného čerpadla efektívne využiť.

Zariadenie túto energiu odoberá pomocou chladiva. Chladivo, „obohatené“ o energiu odobratú z okolitého prostredia, potom kompresorom prudko stlačíme, čím jeho teplota vzrastie na hodnoty potrebné na vykurovanie alebo ohrev vody. Celý proces prebieha v uzavretom chladiacom okruhu.

Chladiaci okruh pozostáva zo štyroch základných častí:

1. Výparník – odber tepla z okolia
2. Kompresor – zvýšenie tlaku a teploty chladiva
3. Kondenzátor – odovzdanie tepla do vykurovania a na prípravu teplej vody
4. Expanzný ventil – zníženie tlaku a ochladenie chladiva

1. Výparník – odber tepla z okolia

V prvej fáze tepelné čerpadlo odoberá teplo zo zdroja energie. Tým môže byť vonkajší vzduch, zem alebo podzemná voda.

Teplo sa prenáša do výparníka, kde cirkuluje chladivo s veľmi nízkou teplotou varu. Chladivo prijme energiu z okolia a začne sa vyparovať, teda mení sa z kvapaliny na plyn.

2. Kompresor – zvýšenie tlaku a teploty

Vzniknutý plyn vstupuje do kompresora. Kompresor zvýši tlak chladiva, čím zároveň výrazne stúpne jeho teplota.

V tomto kroku sa energia získaná z okolitého prostredia premení na teplo využiteľné pre vykurovanie domu.

3. Kondenzátor – odovzdanie tepla do kúrenia a TÚV

V kondenzátore sa teplo odovzdáva do vykurovacieho systému domu. Tepelné čerpadlo tak môže zabezpečovať viacero funkcií naraz:

• vykurovanie domu,
• ohrev teplej úžitkovej vody (TÚV),
• prípadne aj chladenie počas letných mesiacov.

Po odovzdaní tepla chladivo opäť kondenzuje a mení sa na kvapalinu.

4. Expanzný ventil – príprava na nový cyklus

V poslednej fáze prechádza chladivo expanzným ventilom. Tu sa prudko zníži jeho tlak aj teplota, čím je chladivo pripravené opäť absorbovať teplo z okolitého prostredia. Celý proces sa následne opakuje v nepretržitom cykle.

Jednou z najväčších výhod, ktoré tepelné čerpadlo prináša, je jeho vysoká energetická účinnosť. Tú vyjadrujú dva základné parametre: COP a SCOP.

COP – okamžitá účinnosť

COP (Coefficient of Performance) vyjadruje pomer medzi vyrobeným teplom a spotrebovanou elektrickou energiou v konkrétnych podmienkach.

Ak má tepelné čerpadlo napríklad COP 4, znamená to, že z 1 kWh elektriny dokáže vyrobiť približne 4 kWh tepla.

Hodnota COP sa však mení podľa prevádzkových podmienok, najmä podľa:

• vonkajšej teploty
• teploty vykurovacej vody
• typu vykurovacieho systému

SCOP – sezónna účinnosť

SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) vyjadruje priemernú účinnosť tepelného čerpadla počas celej vykurovacej sezóny.

Na rozdiel od COP zohľadňuje rôzne klimatické podmienky a prevádzkové režimy. Preto je SCOP dôležitejší údaj pre odhad reálnych nákladov na vykurovanie.

Čo najviac znižuje účinnosť

Aj kvalitné tepelné čerpadlo môže mať slabšie výsledky, ak systém nie je správne navrhnutý. Účinnosť tepelného čerpadla môže znižovať najmä:

• vysoká teplota vykurovacej vody
• nevhodne navrhnutý vykurovací systém
• nesprávne nastavená regulácia alebo dimenzovanie výkonu

Najvyššiu účinnosť dosahujú systémy pracujúce s nízkoteplotným vykurovaním, napríklad podlahovým kúrením.

Moderné tepelné čerpadlo dokáže zabezpečiť komplexný energetický komfort domácnosti.

Vykurovanie domu

Tepelné čerpadlo pracuje najefektívnejšie s nízkoteplotnými vykurovacími systémami, ktoré dokážu odovzdávať teplo aj pri nižšej teplote vykurovacej vody. Patria medzi ne najmä:

• podlahové vykurovanie
• stenové vykurovanie
• stropné vykurovanie

Nové modely tepelných čerpadiel sú však navrhnuté tak, aby bez problémov zabezpečili aj vysoké teploty vykurovacej vody, čo z nich robí ideálne riešenie aj pre rekonštrukcie, kde sa ráta so zachovaním pôvodného vykurovacieho systému.

Ohrev teplej úžitkovej vody

Tepelné čerpadlo môže zároveň zabezpečovať aj ohrev teplej úžitkovej vody v zásobníku. Pokročilé systémy dokážu riadiť ohrev vody tak, aby bol energeticky úsporný a zároveň komfortný pre domácnosť.

Chladenie v letnom období

Niektoré systémy umožňujú aj chladenie domu počas leta. Tepelné čerpadlo dokáže v tomto režime pracovať podobne ako klimatizácia a odvádzať teplo z interiéru späť do okolitého prostredia. Rozlišujeme dva základné režimy:

• Pasívne chladenie: využíva prirodzený chlad zo zeme alebo podzemnej vody a má veľmi nízku spotrebu energie. Kompresor tepelného čerpadla nie je aktívny. Prácu vykonávajú obehové čerpadlá. Využiteľné len pri tepelných čerpadlách typu voda-voda a zem-voda.
• Aktívne chladenie: funguje podobne ako klimatizácia. Systém aktívne odvádza teplo z miestnosti do vonkajšieho prostredia. Využíva pri tom kompresor tepelného čerpadla. Možné u všetkých typov tepelných čerpadiel.

Tepelné čerpadlá sa líšia podľa zdroja energie, z ktorého odoberajú teplo. V praxi môžu využívať energiu z vonkajšieho vzduchu, pôdy alebo podzemnej vody. Každý z týchto zdrojov má odlišné technické nároky, investičné náklady aj stabilitu výkonu počas roka.

Tepelné čerpadlo vzduch-voda

Najrozšírenejším riešením je tepelné čerpadlo vzduch–voda, ktoré získava teplo z vonkajšieho vzduchu. Výhodou je jednoduchá inštalácia bez zemných prác. Súčasné zariadenia dokážu pracovať aj pri nízkych zimných teplotách.

Tepelné čerpadlo zem–voda

Systém zem–voda využíva energiu zo zeme pomocou kolektorov alebo hlbokých vrtov. Teplota pôdy je stabilnejšia než teplota vzduchu, preto má tento systém stabilnú účinnosť počas celého roka. Nevýhodou sú vyššie investičné náklady spojené so zemnými prácami.

Tepelné čerpadlo voda-voda

Tepelné čerpadlo voda–voda využíva energiu z podzemnej vody. Ide o veľmi účinné riešenie, ktoré však vyžaduje vhodné hydrogeologické podmienky a potrebné povolenia.

„V mrazoch nefunguje“

Moderné tepelné čerpadlá sú navrhnuté na prevádzku aj pri veľmi nízkych teplotách. Ich účinnosť síce v silných mrazoch klesá, no systém je stále schopný zabezpečiť vykurovanie domu.

„Je to hlučné“

Kvalitné zariadenia používajú nízkootáčkové ventilátory, akustickú izoláciu a antivibračné prvky, ktoré hlučnosť výrazne znižujú. Pri správnom umiestnení je prevádzka tepelného čerpadla veľmi tichá.

„Je to vždy najefektívnejšie riešenie“

Efektivita systému závisí od viacerých faktorov, napríklad:

• kvality zateplenia domu
• typu vykurovacieho systému
• správne navrhnutého výkonu tepelného čerpadla
• kvality technológie

Najväčší prínos má technológia najmä v energeticky úsporných domoch alebo pri modernizácii vykurovania. Rozhodujúce je vždy konkrétne technické riešenie, nielen voľba kvalitnej technológie.

Pri kúpe tepelného čerpadla by ste mali dôsledne zvážiť viacero kritérií. V prvom rade dbajte na kvalitu a dôveryhodnosť výrobcu, no zaujímajte sa aj o technickú podporu pri projektovaní, odbornú inštaláciu a následnú dostupnosť servisu či náhradných dielov.

Funguje tepelné čerpadlo aj s radiátormi?

Áno. Nové modely tepelných čerpadiel sú navrhnuté tak, aby bez problémov zabezpečili aj v mínusových teplotách vysoké teploty vykurovacej vody, čo z nich robí ideálne riešenie aj pre rekonštrukcie, kde sa ráta so zachovaním pôvodného vykurovacieho systému (radiátorov).

Ako funguje tepelné čerpadlo v zime?

Aj pri mínusových teplotách dokáže tepelné čerpadlo využiť tepelnú energiu zo vzduchu, pretože chladivo je v určitom bode cyklu stále chladnejšie. Tepelné čerpadlo ju pomocou chladiva a kompresora dokáže odobrať a preniesť do vykurovacieho systému domu.

Je rozdiel medzi monoblokom a splitom?

Monoblokové tepelné čerpadlo má celý chladiaci okruh uzavretý vo vonkajšej jednotke. Splitové tepelné čerpadlo rozdeľuje technológiu medzi vnútornú a vonkajšiu jednotku, ktoré sú prepojené chladivovým potrubím. Výber vhodného riešenia závisí od konkrétnych podmienok inštalácie. Tejto téme sme sa venovali v samostatnom článku.

Tepelné čerpadlo patrí medzi najefektívnejšie technológie moderného vykurovania. Dokáže využívať energiu z okolitého prostredia a premeniť ju na teplo pre vykurovanie domu aj ohrev vody.

Ak je systém správne navrhnutý a prispôsobený konkrétnemu domu, môže priniesť výrazné zníženie nákladov na energie a vysoký komfort bývania. Kľúčom k úspechu je správny návrh celého systému, nielen výber samotného zariadenia.

Tepelné čerpadlá STIEBEL ELTRON sú navrhnuté ako ucelené systémy pre novostavby aj rekonštrukcie a umožňujú efektívne vykurovanie, ohrev vody aj chladenie domácnosti v jednom riešení.