Prechod na tepelné čerpadlá je jedným z ekologických riešení, ktoré by nás mohlo rýchlejšie zbaviť závislosti na fosílnych palivách. Tepelné čerpadlo je moderné riešenie vykurovania a ohrevu vody. Pri výstavbe nového rodinného domu je dnes tepelné čerpadlo najprirodzenejšou alternatívou. Samozrejme, tepelnými čerpadlami je možné nahrádzať aj pôvodné fosílne zdroje vykurovania v starších rodinných domoch.

Čo je tepelné čerpadlo a ako funguje? 

Tepelné čerpadlo je zariadenie, ktoré si berie teplo z prostredia s nižšou teplotou, aby ho následne previedlo na vyššiu teplotnú hladinu, ktorá je vhodná na ohrev vody alebo na vykurovanie. Skladá sa z niekoľkých dôležitých komponentov – výparníka, kompresoru, kondenzátoru a expanzného ventilu, ktoré sú navzájom prepojené v uzatvorenom cykle.

Najčastejšie sa používajú kompresorové tepelné čerpadlá, v ktorých kompresor stláča a zahrieva chladivo, ktoré následne putuje do kondenzátora. Tam sa z neho odoberie teplo a dochádza k zmene skupenstva z plynného na kvapalné. Skondenzované chladivo potom pokračuje do výparníka, kde sa zasa ohrieva a mení z kvapaliny na plyn. Následne sa cyklus opakuje. Aj keď to na prvý pohľad môže znieť zložito, na rovnakom princípe funguje napríklad chladnička či mraznička.

Najbežnejšie tepelné čerpadlo vzduch – voda tvoria väčšinou 2 časti – vonkajšia a vnútorná, ktoré sú medzi sebou prepojené chladivovým alebo hydraulickým okruhom. Vonkajšia jednotka odoberá teplo zo zvoleného „zdroja“ (zem, vzduch, voda). Veľkosť a podoba vonkajšej časti závisí na tom, z akého zdroje sa teplo získava.

Vnútornú jednotku bez zásobníka teplej vody na prvý pohľad nerozoznáte od bežného plynového kotla, zaveseného na stene. Nemá žiadne zvláštne nároky na umiestenie ani na veľkosť priestoru a zaisťuje odovzdávanie tepla do vykurovacieho systému.

Vnútorná jednotka s integrovaným zásobníkom teplej vody zas pripomína väčšiu chladničku, je umiestnená na podlahe v technickej miestnosti, kúpeľni alebo napr. v garáži.

Typy tepelných čerpadiel

Podľa toho odkiaľ tepelné čerpadlá teplo odoberajú a akej látke ho predávajú rozlišujeme 4 základné typy čerpadiel – zem/voda, voda/voda, vzduch/voda a vzduch/vzduch.

Voda/voda

Pre tento typ tepelného čerpadla je hlavným zdrojom voda. Najčastejšie podzemná, v niektorých prípadoch aj povrchová. Povrchová voda sa získava z rybníkov a jazier, je však potrebné získať povolenie od správcu povodia a zaistiť, aby v okolí čerpadla voda nezamŕzala. Podzemná voda je dostupná pomocou studne alebo vrtu a jej teplota sa v priebehu roka pohybuje medzi 9 až 14 °C. Pre aplikáciu tepelného čerpadla voda – voda potrebujete vyhotoviť 2 vrty – čerpací a vsakovací, ktoré musia byť správne umiestnené z hľadiska vzájomnej vzdialenosti aj smeru prúdenia zemných vôd, aby sa teplotne neovplyvňovali. Voda je z čerpacieho vrtu privádzaná do výmenníka čerpadla, kde sa z nej odoberie teplo a po ochladení putuje do vsakovacieho vrtu (studne). Spolu s čerpadlom zem/voda ide o riešenie s najvyššou sezónnou účinnosťou.

Tepelné čerpadlo voda/voda avšak vyžaduje náročnejšiu inštaláciu a pravidelnú údržbu. Cenu vstupnej investície navyšuje aj cena oboch vrtov alebo studní.

Vzduch/voda

Zdrojom tepla pre tepelné čerpadlá vzduch/voda je vzduch. Hlavnou výhodou tohto typu je jednoduchá inštalácia a nižšia cena. Na rozdiel od väčšiny iných typov čerpadiel si nevyžadujú žiadne zásahy do pozemku či zložité stavebné práce. Úskalie však spočíva práve v tepelnom zdroji. Teplota vzduchu sa na rozdiel od teploty zeme alebo podzemných vôd v priebehu celého roka výrazne mení. Čím nižšia je teplota vzduchu, tým sa znižuje aj efektivita tepelného čerpadla. Preto je bežné, že pri nízkych okolitých teplotách tepelné čerpadlo potrebuje doplnkový zdroj, najčastejšie priamo zabudovanú elektrickú špirálu.

Medzi ďalšie nedostatky tohoto typu čerpadiel potom patrí zvýšená hlučnosť vonkajšej jednotky u niektorých modelov alebo vyššia spotreba energií v porovnaní s inými čerpadlami.

Vzduch/vzduch

Tepelné čerpadla vzduch/vzduch fungujú na podobnom princípe ako klimatizácie, mnohé modely dokonca zvládajú oboje – v lete vzduch ochladzujú, v zime ohrievajú. Teplo získané zo vzduchu zasa odovzdávajú vo forme vzduchu do interiéru. Medzi hlavné výhody patrí prvotná nízka cena, podobne výhodné sú aj prevádzkové náklady.

Nevýhodou je okrem kolísavých vonkajších teplôt vzduchu taktiež skutočnosť, že tepelné čerpadlá vzduch/vzduch na rozdiel od ostatných typov čerpadiel nedokážu ohriať úžitkovú vodu.

Zem/voda

Tepelné čerpadlo zem/voda používa ako zdroj tepla pôdu, a to za pomoci hĺbkového vrtu alebo kolektorov rozprestretých v malej hĺbke a na väčšej ploche pozemku.

Variant s plošnými kolektory je o čosi lacnejší, k inštalácií je však potrebná dostatočne veľká a nezastavaná plocha.

Čerpadlo s hĺbkovým vrtom je priestorovo omnoho úspornejšie, ale aj finančne náročnejšie. Vrty v tomto prípade siahajú do hĺbky niekoľko desiatok metrov, veľmi preto záleží aj na kvalite podložia. Vzhľadom k svojej vysokej efektivite sa tento typ čerpadiel hodí aj do oblastí s častými mrazmi. Navyše sa vyznačuje dlhou životnosťou a tichou, bez údržbovou prevádzkou.

Účinnosť tepelných čerpadiel

Jedným z najdôležitejších parametrov, ktorý rozhoduje o výbere tepelného čerpadla, je účinnosť. Čím je vyššia, tým menej energie či paliva na vykurovanie spotrebujete, a teda aj menej zaplatíte.

Tepelné čerpadlá majú oproti ostatným typom vykurovania jednu obrovskú výhodu. Motory (kompresory) tepelných čerpadiel nevytvárajú sami o sebe všetko teplo. Iba zvyšujú teplotu chladiva. Väčšina tepla je totiž odoberaná z okolitého prostredia (zo vzduchu, zeme, vody). Preto majú tepelné čerpadlá niekoľkonásobne väčšiu účinnosť než ostatné typy vykurovania.

Efektivitu čerpadla ukazuje takzvaný „vykurovací faktor“ – COP, ktorý udáva pomer medzi vyrobeným teplom a množstvom spotrebovanej energie. Aby bola prevádzka čerpadla skutočne výhodná, je potrebné dosiahnuť čo najvyšší „vykurovací faktor“.

Pre porovnanie „úspornosti“ tepelných čerpadiel medzi sebou, je však namiesto vykurovacieho faktoru lepšie použiť hodnotu SCOP – sezónnej energetickej účinnosti, v ktorej sa zohľadňujú lokálne podnebné podmienky, priebehy teplôt a vlhkosti vzduchu počas celej vykurovacej sezóny.

Vedeli ste, že?

Prvé tepelné čerpadlo na svete, ktoré vykurovalo budovu, skonštruoval v roku 1928 Slovák Aurel Stodola. Čerpadlo dodnes pracuje vo Švajčiarsku a vykuruje radnicu v Ženeve s odoberaním tepla z vody z jazera (ide o uzavretý kruh). Mnohé svetové vedecké spoločnosti a univerzity mu udelili najvyššie vyznamenania a hodnosti. Aurel Stodola bol profesorom Alberta Einsteina.