Vysokoteplotné tepelné čerpadlo: Kedy je vhodné a čo rozhoduje o jeho efektivite?

Pri výbere tepelného čerpadla nestačí pozerať len na výkon alebo cenu zariadenia. Dôležité je, akú teplotu vykurovacej vody dom potrebuje a či ju existujúca sústava dokáže efektívne využiť. Práve v prípadoch, kde bežné nízkoteplotné riešenie nemusí stačiť, prichádza do úvahy vysokoteplotné tepelné čerpadlo.

Majitelia ho najčastejšie volia pri modernizácii starších rodinných domov, výmene plynového kotla, elektrokotla alebo kotla na tuhé palivo a v objektoch s klasickými radiátormi. Jeho cieľom nie je obísť technický návrh, ale umožniť modernizáciu tam, kde by prechod na podlahové vykurovanie znamenal príliš veľký zásah do interiéru.

V tomto článku sa dozviete:

• čo je vysokoteplotné tepelné čerpadlo a aké teploty dokáže dosiahnuť,
• ako funguje a čím sa líši od bežného nízkoteplotného systému,
• kedy dáva zmysel v staršom dome s radiátormi,
• čo ovplyvňuje spotrebu, cenu a návratnosť,
• na čo si dať pozor pri výbere a návrhu systému.

Vysokoteplotné tepelné čerpadlo je zariadenie, ktoré dokáže dodávať do vykurovacej sústavy vykurovaciu vodu s vyššou teplotou než bežné nízkoteplotné riešenia. Pri moderných systémoch sa pohybujeme približne v rozsahu 55 až 75 °C, podľa konkrétneho modelu a prevádzkových podmienok.

Táto kategória vznikla najmä pre domy, ktoré nie sú pripravené na nízkoteplotné vykurovanie. Novostavby s podlahovým, stenovým alebo stropným vykurovaním pracujú s nižšou teplotou vykurovacej vody. Staršie domy s radiátormi však môžu počas zimy potrebovať vyššiu teplotu, aby vykurovacia sústava zabezpečila požadovaný komfort.

Preto vysokoteplotné tepelné čerpadlo nachádza uplatnenie najmä pri rekonštrukciách, výmene starého kotla alebo v situáciách, keď chce majiteľ zachovať existujúce rozvody a vykurovacie telesá.

Zariadenie pracuje na rovnakom princípe ako iné tepelné čerpadlá vzduch-voda. Odoberá energiu z vonkajšieho vzduchu a prenáša ju do vodného vykurovacieho okruhu domu. V uzavretom chladiacom okruhu cirkuluje chladivo, ktoré vo výparníku prijíma energiu z okolia. Kompresor následne zvýši jeho tlak a teplotu a kondenzátor odovzdá získané teplo vykurovacej vode. Cyklus sa uzatvára v expanznom ventile, kde sa tlak chladiva opäť zníži.

Rozdiel pri vysokoteplotných modeloch spočíva v tom, že sú navrhnuté na prácu s vyšším teplotným spádom. Vyššie nároky preto kladú na kompresor, výmenníky aj použité chladivo.

V moderných vysokoteplotných tepelných čerpadlách sa často využíva prírodné chladivo R290 (propán), ktoré má vhodné vlastnosti na dosahovanie vyšších teplôt vykurovacej vody. 

Propánové tepelné čerpadlá radu hpnext od STIEBEL ELTRON so špeciálne optimalizovanými cyklami chladenia prinášajú najtichšie, najúspornejšie a najinteligentnejšie riešenie na trhu. Reálny výsledok však vždy závisí od konštrukcie konkrétneho zariadenia, návrhu systému a prevádzkových podmienok.

Rozdiel medzi vysokoteplotným a nízkoteplotným tepelným čerpadlom neurčuje iba maximálna výstupná teplota vykurovacej vody. Dôležité je, pre akú vykurovaciu sústavu je zariadenie navrhnuté, akú účinnosť dosahuje a v akom type budovy má pracovať.

Nízkoteplotné riešenie má najlepšie podmienky tam, kde dom nepotrebuje vysokú teplotu vykurovacej vody. Vysokoteplotné tepelné čerpadlo má význam najmä vtedy, keď by nízkoteplotný systém bez úprav nedokázal zabezpečiť dostatočný tepelný komfort.

Vysokoteplotné tepelné čerpadlo nachádza uplatnenie najmä pri rekonštrukciách a výmene starších zdrojov tepla, napríklad plynového kotla, elektrokotla alebo kotla na tuhé palivo. 

Netreba ho však vnímať ako univerzálne riešenie pre každý starší dom. O výsledku nerozhoduje len to, či sú v dome radiátory, ale najmä technický stav obálky budovy, tepelná strata a reálny výkon vykurovacích telies. Úspešnosť investície sa preto najčastejšie odvíja od dvoch situácií:

• Dom po čiastočnej rekonštrukcii: Ak už prebehla výmena okien, zateplenie strechy alebo iné opatrenia na zníženie tepelných strát, pôvodné liatinové či panelové radiátory môžu mať pre nový stav budovy dostatočnú rezervu. To je výhoda. Namiesto pôvodne projektovaných 70 °C im môže na udržanie komfortu stačiť vykurovacia voda s teplotou približne 50 až 55 °C. Tepelné čerpadlo tak pracuje v efektívnejšom režime a dosahuje priaznivejší sezónny vykurovací faktor SCOP.

• Objekt v pôvodnom stave s vysokou tepelnou stratou: Ak teplo uniká cez nezateplenú fasádu, pôvodné okná alebo strop, zariadenie bude častejšie pracovať s vysokou teplotou vykurovacej vody. Spotreba elektriny vtedy rastie, záložný zdroj sa môže spínať častejšie a ekonomická návratnosť sa predlžuje. Pri takýchto domoch býva rozumnejšie najskôr znížiť najväčšie tepelné úniky a až následne navrhnúť nový zdroj tepla.

Ak sú pôvodné radiátory a rozvody v dobrom technickom stave, kompletná výmena sústavy nemusí byť potrebná.

Prechod na vysokoteplotné tepelné čerpadlo preto nie je len mechanickou výmenou starého zdroja za nový. O výsledku rozhoduje tepelnotechnický výpočet, overenie prietokov a hydraulické vyváženie celej sústavy. Práve tieto kroky odlišujú efektívne navrhnutý systém od riešenia, ktoré síce funguje, ale s vyššou spotrebou.

Pri rodinných domoch sa najčastejšie využíva tepelné čerpadlo vzduch-voda. Odoberá energiu z vonkajšieho vzduchu a odovzdáva ju do vodného vykurovacieho systému. Pri rekonštrukciách je praktické najmä preto, že nevyžaduje zemné práce v podobe hĺbinných vrtov alebo plošného kolektora. Montáž je spravidla jednoduchšia a zásah do pozemku menší. Keďže však pracuje s vonkajším vzduchom, jeho výkon a účinnosť ovplyvňuje vonkajšia teplota. O to dôležitejší je správny návrh výkonu, regulácie a prípadného záložného zdroja.

Z konštrukčného hľadiska sa rozlišujú najmä dve riešenia: monoblok a split. Monoblok má chladiaci okruh uzavretý vo vonkajšej jednotke a do domu vedie potrubie s vykurovacou vodou. Splitové riešenie rozdeľuje technológiu medzi vonkajšiu a vnútornú jednotku, ktoré spája potrubie s chladivom.

Monoblokové tepelné čerpadlá predstavujú oproti split systémom jednoduchšie, kompaktnejšie a bezpečnejšie riešenie, keďže celý chladivový okruh je uzavretý v jednej vonkajšej jednotke, čo eliminuje potrebu zásahov do chladiva pri montáži a znižuje riziko únikov.

Pri väčších objektoch alebo vyššej potrebe tepla sa môže použiť kaskádové riešenie, v ktorom spolu pracuje viac tepelných čerpadiel. V bežnom rodinnom dome však často postačí jedno správne navrhnuté zariadenie.

Praktickou možnosťou je aj systém s integrovaným alebo samostatne prepojeným zásobníkom na ohrev teplej úžitkovej vody (TÚV). Vtedy jedno riešenie zabezpečuje vykurovanie aj TÚV, čo zvyšuje komfort a zjednodušuje prevádzku domácnosti.

Vysokoteplotné tepelné čerpadlá pre rodinné domy zvyčajne pracujú s výstupnou teplotou vykurovacej vody približne 55 až 75 °C. Pri vybraných modeloch môže vykurovacia voda dosiahnuť až 75 °C, vždy však v závislosti od konkrétneho zariadenia a prevádzkových podmienok.

Samotná maximálna teplota však nestačí na posúdenie vhodnosti zariadenia. Pre reálnu prevádzku je dôležitejšie, aký výkon a účinnosť si tepelné čerpadlo udrží pri nízkych vonkajších teplotách a vyššej teplote vykurovacej vody.

Najväčší vplyv na spotrebu má teplota vykurovacej vody. Čím nižšiu teplotu sústava potrebuje na dosiahnutie komfortu, tým efektívnejšie môže tepelné čerpadlo pracovať.

Pri starom elektrokotle sa elektrická energia mení na teplo v pomere 1 : 1. V dobre navrhnutom systéme môže moderné vysokoteplotné tepelné čerpadlo z jednej kilowatthodiny elektriny dodať približne trojnásobok tepla. Tento pomer vyjadruje sezónny vykurovací faktor SCOP, ktorý lepšie približuje reálnu prevádzku počas celej vykurovacej sezóny.

Nasledujúca tabuľka ukazuje modelový príklad staršieho rodinného domu po čiastočnej obnove, napríklad po výmene okien, s ročnou potrebou 18 000 kWh tepla na vykurovanie a prípravu teplej vody:

Upozornenie: Výpočet je modelový a vychádza z orientačných cien energií a hodnoty SCOP 2,8. Skutočné náklady závisia od tarify, dodávateľa, účinnosti pôvodného zdroja, stavu domu a spôsobu prevádzky.

Vysokoteplotné tepelné čerpadlo môže okrem vykurovania zabezpečiť aj prípravu teplej úžitkovej vody. Pre domácnosť je to praktické riešenie, keďže jeden systém pokrýva vykurovanie aj potrebu teplej vody v kúpeľni a kuchyni.

• Zachovanie vykurovacej sústavy: Najväčšou výhodou vysokoteplotného tepelného čerpadla je možnosť ponechať existujúce radiátory, ak výkonovo postačujú. Pre majiteľa to znamená menší zásah do interiéru, menej stavebných prác a plynulejšiu modernizáciu vykurovania.
• Komfortná prevádzka: Tepelné čerpadlo môže nahradiť starší kotol na tuhé palivo automatickým zdrojom tepla, ktorý nevyžaduje prikladanie, skladovanie paliva ani každodennú obsluhu. Domácnosť tak získava stabilnejší komfort a jednoduchšiu správu vykurovania.
• Flexibilita pri rekonštrukcii: Nie vždy je potrebné meniť celú vykurovaciu sústavu. V niektorých prípadoch stačí upraviť vybrané radiátory, doplniť vhodný zásobník alebo správne nastaviť reguláciu.

• Nižšia účinnosť pri vyššej teplote vody: Ak dom dokáže pracovať s podlahovým vykurovaním a nízkou teplotou vody, bude takéto riešenie zvyčajne efektívnejšie. Vysokoteplotný systém má najväčší význam tam, kde nižšia teplota vody nestačí na dosiahnutie požadovaného komfortu.
• Limity pri energeticky náročných domoch: Ak má objekt vysoké tepelné straty, pôvodné okná a slabú izoláciu, rozumnejším prvým krokom je zníženie tepelných únikov. Až následne má zmysel navrhnúť tepelné čerpadlo ako nový zdroj tepla, ktoré by nemalo byť predimenzované.

Pri rodinných domoch sa kompletné riešenie vysokoteplotného tepelného čerpadla vzduch-voda pohybuje v rozumnej čiastke s ohľadom na budúci prínos. Pri komplexnej dodávke vrátane montáže, zásobníka, úprav rozvodov a regulácie môže orientačne ísť približne o 10 000 až 17 000 €. Presná cena však vždy závisí od konkrétneho domu a návrhu systému.

Pri tepelnom čerpadle tvorí cenu: 

• samotné tepelné čerpadlo,
• hydraulický modul,
• zásobník pre prípravu teplej vody, prípadne aj akumulačný zásobník (ak nie je súčasťou hydraulického modulu),
• montáž a uvedenie do prevádzky.

Pri prechode z elektrokotla môže byť úspora výrazná, pretože tepelné čerpadlo dokáže z jednej kilowatthodiny elektriny dodať viac tepla než priamovýhrevný zdroj. Pri plynovom kotle býva rozdiel menší a viac závisí od cien energií, účinnosti pôvodného zariadenia aj rozsahu investície.

Návratnosť môže skrátiť aj štátna podpora, napríklad príspevok z programu Zelená domácnostiam. Keďže podmienky podpory sa môžu meniť, aktuálne sadzby, maximálnu výšku príspevku a oprávnenosť konkrétneho zariadenia je potrebné overiť priamo na webovej stránke programu Zelená domácnostiam, ktorý spravuje Slovenská inovačná a energetická agentúra (SIEA).

• Výkon pri nízkych teplotách: Pri výbere nestačí sledovať maximálnu teplotu vykurovacej vody. Dôležité je, aký výkon a účinnosť si zariadenie udrží v reálnych zimných podmienkach, napríklad pri vonkajšej teplote -7 °C alebo -10 °C a požiadavke na výstupnú teplotu vykurovacej vody napr. 60 °C.
• Hlučnosť a umiestnenie: Pri hustej zástavbe treba riešiť odstupy od okolitých objektov, smerovanie ventilátora, odraz zvuku od fasády aj nočný režim vonkajšej jednotky. Správne umiestnenie má vplyv na komfort domácnosti aj okolia.
• Servis a technická podpora: Overte si servisné zázemie, dostupnosť náhradných dielov a technickú podporu výrobcu. Tepelné čerpadlo je hlavný zdroj tepla v dome, preto musí mať spoľahlivé servisné krytie počas celej životnosti.
• Návrh celej sústavy: Základom by mal byť tepelnotechnický výpočet a návrh systému ako celku. Do posúdenia patria radiátory, rozvody, zásobník teplej vody, regulácia aj prípadný záložný zdroj.

Plynový kotol má zvyčajne nižšiu vstupnú cenu a pri existujúcej plynovej prípojke môže pôsobiť ako jednoduchšia výmena. Tepelné čerpadlo si vyžaduje vyššiu počiatočnú investíciu, no pri správnom návrhu môže znížiť závislosť od plynu a priniesť stabilnejšie prevádzkové náklady.

Rozdiel je aj v komforte a údržbe. Tepelné čerpadlo pracuje automaticky, bez spaľovania paliva priamo v dome a bez lokálnych emisií v mieste prevádzky. Plynový kotol si vyžaduje pravidelný servis, kontrolu spaľovania a bezpečnostné prvky súvisiace s prevádzkou na plyn.

Výmena plynového kotla za vysokoteplotné tepelné čerpadlo dáva zmysel najmä vtedy, keď dom prešiel aspoň čiastočnou obnovou a radiátory dokážu pracovať s dostupnou teplotou vykurovacej vody. Pri domoch s vyššou tepelnou stratou môže byť vhodné aj hybridné riešenie, v ktorom tepelné čerpadlo pokrýva väčšinu sezóny a plynový kotol slúži ako doplnkový zdroj v špičkách.

Pri výbere vysokoteplotného tepelného čerpadla má zmysel pozerať nielen na výkonové parametre, ale aj na kvalitu návrhu, dlhodobú spoľahlivosť systému a servisné zázemie výrobcu. 

Chladiaci okruh tepelných čerpadiel radu hpnext od STIEBEL ELTRON zaisťuje efektívnu prevádzku aj v čiastočne alebo nezateplených objektoch – teda tam, kde je potreba vyššej teploty vykurovacej vody. Vďaka tomu môžu zabezpečiť stabilnú a komfortnú prevádzku vykurovania aj v starších domoch.