Jak funguje tepelné čerpadlo

Princip tepelného čerpadla spočívá v znásobení vložené elektřiny na větší množství tepla, což určuje faktor COP. Jak funguje tepelné čerpadlo, to si ukážeme na typu tepelného čerpadla vzduch – voda. Tepelné čerpadlo využívá kompresor stejně jako lednička, ale v opačném cyklu. Extra studené chladivo při styku s teplejším vzduchem odebere teplo ze vzduchu ve výparníku, kompresor chladivo ještě stlačí, čímž dojde ke zvýšení teploty a následně toto extra ohřáté chladivo předá svoje teplo ve výměníku studené vodě a čerpadlo ochlazené chladivo vrací do výparníku. Jde o opakující se cyklus. Čím je větší výkon čerpadla v kW, tak tím se posouvá směrem do minusu teplota, kdy už je potřeba použít bivalentní zdroj tepla, tepelné čerpadlo ztrácí svoji efektivitu a funguje už jenom jako elektrokotel. Obecně pro nížinu v ČR se tahle teplota dá považovat za – 8 °C.

Jak vybrat tepelné čerpadlo

Vytápění tepelným čerpadlem lze použít pouze tam, kde se vytápí pomocí teplé vody (radiátory nebo vodní podlahové vytápění). Použít tepelné čerpadlo pouze na ohřev teplé užitkové vody nedává ekonomický smysl v případě rodinných domů. Základem je určit tepelnou ztrátu domu. Ta určuje hodnotu v kW a na základě toho se vybírá výkon čerpadla. Tepelné čerpadlo pro novostavbu může mít výkon třeba jenom 6 kW (slabší se ani nevyrábějí), ale například tepelné čerpadlo do starého domu může mít výkon klidně i 19 kW a tam už je na zvážení, zda nejdříve neinvestovat do izolace domu. Pokud chcete na vytápění ušetřit, tak nejdříve řešte izolaci domu a až potom efektivitu vytápění.

V případě ohřívání teplé užitkové vody čerpadlem se přidává k výkonu čerpadla ještě pár kW navíc. Při výběru tepelného čerpadla je potřeba vzít na vědomí i jeho hlučnost a vzdálenost od sousedů. Například pro hlučnost venkovní jednotky 57 dB je minimální vzdálenost od sousedního domu 7 m a v případě hlučnosti 63 dB už je minimální vzdálenost 14 m.

Cena tepelného čerpadla

Cena tepelného čerpadla je ovlivněna hlavně výrobcem, potřebným výkonem čerpadla a případně dalším příslušenstvím, jako je třeba akumulační nádoba. V základu lze říct, že instalace tepelného čerpadla u menších domů stojí 200 – 300.000 Kč včetně práce a DPH.

Stavební příprava pro tepelné čerpadlo

Montáž tepelného čerpadla vzduch – voda většinou obnáší podstavec ze ztraceného bednění, díru do zdi pro trubky a kabely pro okruh teplé vody, vsakovací štěrk pro odvod kondenzátu hluboký 50 cm, instalaci podružného rozvaděče s vlastním jištěním 1 – 2 x 16 A do technické místnosti a vyřešení bivalentního zdroje ohřevu teplé užitkové vody a otopné vody.

Kam umístit tepelné čerpadlo

Nejlepší je co nejblíže technické místnosti kvůli délce potrubí. Čerpadlo se nedoporučuje umístit na konzolu na zeď, a to kvůli vibracím a zvýšenému hluku. Není vhodné ani umístění na stěnu garáže (výjimka z podmínek pro 15 % DPH). Záda čerpadla, kam fouká vzduch, by měla být alespoň ve vzdálenosti 30 cm od pevné zdi.

Záda čerpadla, kam fouká vzduch, by měla být alespoň ve vzdálenosti 30 cm od pevné zdi a zároveň nesmí stát volně v prostoru. I v případě postavení čerpadla na střechu se musí dát za čerpadlo zástěna. Když totiž do čerpadla fouká zezadu studený vzduch, tak vyfoukává naakumulované teplo z výparníku při funkci odmrazování a čerpadlo pak kompletně zamrzne.

Chlazení pomocí tepelného čerpadla

Většinou současných čerpadel je možné i chladit stejně jako klimatizací. Jen se tím neochlazuje vzduch, ale voda. K chlazení je zapotřebí mít podlahové vytápění, nebo fancoily (vylepšené radiátory). Klasické radiátory se na to nehodí kvůli kondenzaci vody. Ideální je podlahové vytápění, kdy se pouští do podlahy voda například o teplotě 20°C. Teploty chladící vody nesmí klesnout pod rosný bod v určitém poměru k teplotě v interiéru, aby nezačala kondenzovat voda na podlaze. V případě absence rekuperace může dojít k nepromíchání se a rozvrstvení vzduchu, kdy se studený vzduch drží u země a teplý u stropu.

Dimenzování tepelného čerpadla

Na dimenzování výkonu čerpadla se názory různí. My zastáváme ten, že čerpadlo se dimenzuje na cca 80 % tepelných ztrát budovy. Tyto ztráty se totiž dimenzují na teplotu od – 12 do – 18 ° C. Ale průměrná teplota během topné sezóny je + 3 °. Ideální bod bivalence je okolo – 8 ° C, protože nižší teploty má většina republiky pouze desítky hodin ročně viz obrázek níže. Ukázka teplot je zde. 

Na výkonu čerpadla nemá cenu dělat rezervu, protože se akorát častěji mění výkon kompresoru kvůli předimenzovanému výkonu a je lepší mít rezervu ve výkonu na bivalentním zdroji tepla (nejčastěji elektro patrona v čerpadle). Výkonnější čerpadlo je dražší na pořizovací náklady. Dalo by se říct, že 80 % výkonu čerpadla oproti ztrátám domu Vám pokryje 93 % spotřeby energie. Takže pro 10 kW ztrát domu lze použít 8 kW čerpadlo. V případě novostaveb se ztrátami 6 kW se prostě použije 6 kW čerpadlo, protože slabší se většinou ani nevyrábí.

V případě průběžných rekonstrukcí se musí čerpadlo dimenzovat na nějaký budoucí stav, protože se tepelné ztráty domu budou snižovat s tím, jak se bude zlepšovat zateplení domu.

Obrázek – počet hodin v roce pro evropské studené klima (švédsko), střední klima (francie) a teplé klima (řecko), zdroj tzb.info

Před čerpadlem kde ventilátor nasává vzduch by mělo být 4 – 8 m volného prostoru kvůli proudění vzduchu. Hlučnost čerpadla určuje minimální vzdálenost od sousedova pozemku.

Životnost tepelného čerpadla

Pokud máte tepelné čerpadlo, které má invertorový kompresor s předehříváním oleje v monobloku při ekvitermním řízení (víc zimy venku – víc teplé vody do topení), tak máte slušnou šanci, že životnost čerpadla dosáhne 50.000 motohodin. 1 motohodina je 1 hodina chodu kompresoru na plný výkon. V případě invertorových čerpadel může být 1 hodina polovičního výkonu brána jako 0,5 motohodiny. Topná sezóna má v průměru 2.500 motorhodin za rok (z celkových 8760 hodin roku) u správně nadimenzovaného čerpadla, takže teoretická životnost je 20 let. V případě použití čerpadla i ke chlazení a nebo výrobě teplé užitkové vody si připočtěte 800 motorhodin ročně na každou položku a jste na 12 letech životnosti. Teoreticky vzato příprava nízkoteplotní vody do podlahového topení může životnost prodloužit díky nižšímu zatížení kompresoru.

Životnost čerpadla snižuje vodní kámen v trubkách kvůli špatné úpravě otopné vody, časté spínaní a vypínání kvůli špatnému dimenzování, absence magnetických filtrů na zpětném okruhu, softwarové neošetření regulace výkonu kompresoru v mrazech (a jeho následné přehřívání), ale třeba taky výpary z kanalizace, které korodují vnitřnosti čerpadla. V případě splitových čerpadel může docházet ke snižování životnosti čerpadla díky nedokonale vakuovaným trubkám (většinou se vakuují jenom na 95 %) rozvádějící chladivo, které spolu s olejem potom degraduje a zadírá kompresor klidně za 5 – 8 let provozu. Montér na místě montáže nikdy nemůže tak dokonale utěsnit a vyčistit okruh jako fabrika v případě monobloku.

S našimi moderními monobloky se můžete těšit na dlouhá léta bezproblémového provozu.

Rozdíl monoblok a split

Ve zkratce má monoblok celou technologii venku a split má půlku uvnitř domu a půlku venku. Ve verzi split se výparník nachází venku a výměník v interiéru. U splitu se okruh s chladivem sestavuje a plní až na místě montáže. Takže monoblok dělá hluk většinou pouze venku a split hučí venku i uvnitř. U Splitu se sice nemusíte obávat zamrznutí vody venku, ale kvůli složitějším delším trubičkám s chladivem je vyšší možnost úniku tepla nebo chladiva.