Keď tepelné čerpadlo počas svojho kolobehu ochladí chladný vonkajší vzduch (zdroj tepla) s objemom 100 m3 a teplotou 0 °C na teplotu -10 °C, získa tak teplo, ktorým je možné ohriať 1 m3 vnútorného vzduchu s teplotou 20 °C až na teplotu 120 °C. To hovorí zákon zachovania energie.
Iný zákon ale opisuje uskutočniteľnosť popísaného deja. Za bežných okolností popísaný dej neprebieha spontánne, podobne ako nemožno zo studne s vodnou hladinou niekoľko metrov pod zemským povrchom spontánne priviesť vodu potrubím až do nadzemných poschodí budov. Avšak uskutočniteľné to je: musíme ale vziať na pomoc vodnú pumpu, ktorá vodu vynesie až do požadovaného poschodia. To sa v praxi realizuje dostatočným pretlakom v podzemnej vodovodnej sieti.
Princíp tepelného čerpadla
V prípade tepelného čerpadla odoberáme teplo z chladného vonkajšieho zdroja tepla (vzduchu, zeme a redšej vody – studňa, rybník či vodoteč), ktoré tým ochladíme a získaným teplom potom ohrejeme vnútorné vykurovacie médium (voda alebo vzduch). Keď tepelné čerpadlo ochladí 1 000 m3 vonkajšieho vzduchu o 5 °C, získaným teplom potom ohreje až 500 m3 vnútorného vzduchu o 10 °C. Tento dej (ohrievanie telies chladnejším zdrojom tepla) však neprebieha spontánne, ale vyžaduje určitý pracovný výkon; vynaložená práca je ale menšia, než zodpovedá čerpanému teplu.
Základné rozdelenie tepelných čerpadiel
Kompaktné TČ: Pri tomto riešení je tepelný výmenník chladivo/voda (v tomto prípade kondenzátor) integrovaný vo vonkajšej jednotke. Chladivový okruh je tak pevne hermeticky uzavretý vo vonkajšej jednotke, ktorá je s vnútornou jednotkou spojená vodným vedením. Tým sa výrazne znižuje riziko potenciálneho úniku chladiva. Možnou nevýhodou je nebezpečenstvo zamrznutia, ktoré, ako hovorí pán Šubrt, produktový špecialista značky Buderus, sa rieši napr. riadením chodu tak, aby teplota vykurovacej vody neklesla pod stanovenú hranicu.
Medzi nesporné výhody patrí montáž. Je jednoduchá a rýchla, bez potreby na ňu mať kurenára a rozšírenú kvalifikáciu. Navyše náklady na obstaranie sú nižšie než u splitového TČ.
Pre naše prostredie je deklarované ako vhodné nasledujúce riešenie:
Príklad: Kompaktné tepelné čerpadlo vzduch - voda s integrovaným zásobníkom teplej vody 190 l Logatherm WLW196i-4 AR S+ T190 Comfort má vykurovací výkon 5,5 kW a vykurovací faktor COP 4,25.
To znamená, že tepelné čerpadlo dodáva do vykurovaného priestoru pri vykurovacom výkone 5,5 kW menovite 4,25x viac tepla, než koľko spotrebuje elektriny k svojej prevádzky. To platí za štandardných podmienok, kedy vnútorná klíma nie je ani prekurovaná, ani podchladená. Vonkajšia teplota sa potom vzťahuje k dlhodobému teplotnému priemeru vonkajšej teploty vo „vykurovacom“ období.
Novšia verzia tohto zariadenia je kompaktné tepelné čerpadlo vzduch-voda Logatherm WLW196i AR S+, ktoré využíva obnoviteľnú energiu a ponúka vysoký tepelný komfort, reprezentovaný dvomi stupňami výkonu 4 kW a 6 kW pre novostavby (do 220 m2) aj pre modernizáciu a tiež nový dizajn s integrovaným hlukovým difúzorom pre tichú prevádzku s inovatívnym systémom MyEnergyMaster a fotovoltikou ako systémovým rozšírením do 60 % úspory elektrickej energie v domácnosti.
Splitové TČ: Tu je tepelný výmenník chladivo/voda (kondenzátor) integrovaný vo vnútri vnútornej jednotky (v hydraulickom module, ktorý je vo vykurovanom objekte). Prepojenie medzi vonkajšou a vnútornou jednotkou je potom pomocou vedenia chladiva, ktoré je možné ľubovoľne natiahnuť s minimálnymi tepelnými stratami až na vzdialenosť napr. 75 m od vnútornej jednotky (podľa typu zariadenia).
Možnou nevýhodou je vyššia obstarávacia cena a potreba zohnať kúrenára s rozšírenou kvalifikáciou, ktorý nám TČ nainštaluje a uvedie do chodu.
Medzi výhody patrí, že vonkajšiu jednotku tepelného čerpadla je možné umiestniť kdekoľvek v okolí vykurovaného objektu. Vďaka chladivu, ktoré nezamŕza, potom nie je potrebná žiadna ochrana proti zamrznutiu.
Splitové Tepelné čerpadlo vzduch-voda Logatherm WPLS.2
Splitové tepelné čerpadlá radu Logatherm WPLS.2 sú unikátne svojim deleným riešením. Skladajú sa z dvoch modulov, vonkajšieho a vnútorného, ktoré sú ďalej spojené potrubím s teplonosnou látkou. Kompaktné rozmery vonkajšieho modulu umožňujú montáž takmer kdekoľvek. So splitovými tepelnými čerpadlami, WPLS.2 dosiahnete vyššej úspory energie pri zachovaní rovnakej tepelnej pohody.
Ohrev vody pomocou tepelného čerpadla
Významným spotrebiteľom energie je tiež voda, presnejšie jej ohrev v bojleri alebo v kuchyni pri varení. Voda v tekutom stave má totiž medzi bežnými látkami výrazne najvyššiu mernú tepelnú kapacitu, vyjadrenú číslom 4 180 J/(kgK). Pre porovnanie: lieh (etanol) má len 2 430 J/(kgK) a vzduch (0 °C teplý) len 1 000 J/(kgK).
Možno teda povedať, že ohrev vody je energeticky náročný; dokonca oveľa náročnejší, než temperovanie vnútorného vzduchu; avšak množstvo ohrievanej vody v bojleri je popri objeme domového vzduchu zanedbateľné, takže energetickú spotrebu bojlera väčšinou neriešime. Nasadenie tepelného čerpadla s vykurovacím faktorom COP 4,25 aj keď je tento faktor v režime ohrevu vody na teplotu cca 60 °C znateľne nižší, je na každý pád lacnejší a ekologicky šetrnejší, než priamy elektrický ohrev.
Splitové tepelné čerpadlo s tichou prevádzkou? Logatherm WPLS.2 Comfort
Inou pozoruhodnou prednosťou tohto tepelného čerpadla je veľmi tichá prevádzka. To uvíta každý, kto nemá k dispozícii samostatnú technickú miestnosť, nieto pivnicu či suterén pod obytným priestorom, kam je možné vnútornú jednotku umiestniť.
Vnútornú a tichú jednotku celej splitovej zostavy tepelného čerpadla je tak možné umiestniť aj vo vnútri bytu, napríklad do chodby alebo pracovnej miestnosti; vonkajšie potom na fasádu domu alebo pod okno. V zásade sa dá povedať, že pre každý obytný priestor je možné navrhnúť a realizovať vhodné tepelné čerpadlo na vykurovanie a ohrev úžitkovej vody. A dodajme, že aj na účely letného chladenia.
Celoročná energetika domu alebo letné chladenie
Energetika budov pracuje iba s teplotami vonkajšieho vzduchu, čo je pozoruhodne nepresné. Neschopnosť vidieť slnečné žiarenie a pracovať s ním spôsobilo, že sa nerieši letné prehrievanie budov, ani vplyv farieb fasád a striech domov na energetiku budov, najmä letnú.
Slnečné žiarenie je prehliadané aj pri zimnej energetike budov: Zabúda sa, že aj zimné slnečné žiarenie ohrieva fasádu, strechu i okná domov a mení tak vonkajšiu výpočtovú okrajovú podmienku, ktorá je nepresne zastúpená teplotou vonkajšieho vzduchu. Oficiálna stavebná energetika nás tak umiestnila kamsi do doby ľadovej a prehliada posudzovanie domov podľa skutočnej energetickej (s)potreby.
Návrh tepelného čerpadla by preto mal pracovať s faktami. Jedine tak ponúkne užívateľom dobrú službu, to znamená požadovanú vnútornú teplotu bez ohľadu na intenzitu slnečného žiarenia alebo vplyv chladivej oblohy.
Záver
V tomto príspevku boli na príklade tepelných čerpadiel vzduch – voda značky Logatherm popísané ich funkcie a energetická účinnosť. V budúcom príspevku si bližšie popíšeme tepelné čerpadlá zem-voda od rovnakej spoločnosti Buderus, ktorá má v porovnaní s už popísanými tepelnými čerpadlami niektoré výhody aj nevýhody.
