Tepelná čerpadla - typy

(7.7.2010) Druhý termodynamický zákon nám říká, že teplo nemůže samovolně přecházet z tělesa chladnějšího na těleso teplejší.

Jaké jsou nejčastěji používané zdroje tepla pro tepelná čerpadla? Voda
Jsou to především tepelná čerpadla voda-voda. Zdrojem tepla je podzemní voda z vrtu, která se v tepelném čerpadle ochladí a zpravidla jiným vrtem je zpět vypuštěna do země. Tento způsob je nyní využíván zřídka, zejména kvůli tomu, že je nutná velká vydatnost vrtu – vodu můžeme ochladit jen o několik stupňů Celsia, aby nehrozilo zamrznutí.

Vzduch
Tento typ čerpadel se dostává stále více do popředí, zejména díky tomu, že jsou konstruovány stále kvalitnější kompresory, které umí účinně pracovat i při nízkých teplotách. Při teplotách nad nulou navíc většinou čerpají teplo z prostředí teplejšího než je např. zemní kolektor (průměrná teplota vzduchu během topného období se v České republice pohybuje mezi 3-5 °C). Používány jsou zejména systémy vzduch-voda a vzduch-vzduch (takto jsou nejčastěji nazývány systémy klimatizace, které při obráceném chodu mohou sloužit jako tepelné čerpadlo). Většina systémů vzduch-vzduch je konstruována a „vyladěna“ pro letní chod, tj. pro chlazení a proto pro vytápění nejsou nejvhodnější. Některé dokonce pracují jen do -5 °C, a při poklesu venkovní teploty pod tuto teplotu již nefungují. Často slyším otázku, jak je vůbec možné, že se při například -15 °C dá odebrat nějaké teplo ze vzduchu. Možná při +5 °C se to ještě pochopit dá, ale při -15 °C? Dokonce pod bodem mrazu? Je to vůbec možné? Odpověď je velmi jednoduchá – žádné teplo již není obsaženo v látce, která má teplotu absolutní nuly, tj. 0 K, což je -273,15 °C. Tudíž v například při -15 °C je ve vzduchu stále ještě spousta tepla, které se dá využít. Ostatně, je ho asi jen o cca 7 % méně než při +5 °C.

V topenářské praxi se můžeme setkat s mnoha přirozenými samoregulačními procesy. Čím je například venku větší zima a my tím pádem potřebujeme, aby kamna více topila, tím ony samy od sebe skutečně víc začnou topit – přirozenou cestou, tím, že se zvýší rozdíl mezi vnitřní a venkovní teplotou a zvýší se komínový tah. Anebo ve chvíli, kdy topné těleso topí moc a teplota v místnosti se zvyšuje, rozdíl teplot mezi teplotou vody v radiátoru a vnitřní teplotou se zmenšuje a výkon se přirozeně, sám od sebe, snižuje. Pochopitelně, mnohem kvalitnější regulace umíme dosáhnout pomocí ekvitermního regulátoru či pomocí termostatických ventilů, ale to už je jiná kapitola.

Bohužel, tepelné čerpadlo je zařízení, které funguje s nižším výkonem právě ve chvíli, kdy od něj vyžadujeme výkon vyšší. Ve chvíli, kdy potřebujeme vyšší výkon pro vytápění, současně potřebujeme vyšší teplotu (aby nám radiátory či jiná zařízení předala do místností více tepla), výkon tepelného čerpadla se nám snižuje (musí přečerpat teplo na vyšší teplotu a potřebuje k tomu víc práce). Zvláště u tepelných čerpadel vzduch-voda se tato nepřirozenost projeví nejen na straně topného systému, ale i na straně primární strany – čím je venku nižší teplota, tím vyšší potřebujeme výkon pro vytápění, avšak o to více se ještě snižuje výkon tepelného čerpadla.

Pokud bychom velmi zjednodušeně chtěli porovnat nejvíce používané typy tepelných čerpadel, mohli bychom říct, že tepelná čerpadla:
země(vrt)-voda - jsou nejúčinnějším zařízením, z hlediska tepelného nejspolehlivějším, avšak kvůli pořizovací ceně vrtů jsou systémem nejdražším
země(plošný kolektor)-voda – jsou poměrně účinným zařízením, náklady jsou zpravidla značně nižší než u vrtů, nevýhodou je potřeba většího pozemku a nutnost provést zemní práce
vzduch-voda - stává se postupně nejrozšířenějším typem, a to díky nejnižší celkové ceně za instalaci (samotné tepelné čerpadlo je dražší než země-voda, odpadají však náklady na vrt či zemní kolektor), nehledě na fakt, že průměrný roční topný faktor bývá většinou nižší v průběhu otopného období.

Autor: Ing. Radomír Drozd

zpět do odborných článků