Čo je tepelné čerpadlo a ako funguje

Tepelné čerpadlo je v súčasnej dobe veľmi často diskutované technologické zariadenie. Dostáva sa do popredia ako jeden z mála alternatív voči väčšine využívaných tradičných vykurovacích systémov. Čo je tepelné čerpadlo a ako funguje?

Čo je tepelné čerpadlo

Prostredie okolo nás ponúka nevyčerpateľné zdroje energie, ako sú teplo zo vzduchu, zeme alebo vody. A práve pomocou tepelného čerpadla môžeme túto energiu efektívne využiť pre naše potreby.

Oplatí sa tepelné čerpadlo? Tak ako je to zvykom medzi ľuďmi, čo človek, to názor. Chválenie, opovrhnutie, zbytočne vyhodené peniaze a tak ďalej. Ja by som však tepelné čerpadlo nazval technologický unikát. 

Prečo?

Pretože ide o inovatívny systém, ktorý efektívne využíva energiu z okolitého prostredia, čím šetrí prírodné zdroje a znižuje záťaž na životné prostredie. Samozrejme, okrem ekologických prínosov prináša tepelné čerpadlo výhody aj pre samotného majiteľa. 

Umožňuje významné úspory na nákladoch za vykurovanie a ohrev vody, pretože energia z okolia je často lacnejšia než tradičné palivá. Bonus navyše – jeho prevádzka je obvykle tichá a prakticky bezúdržbová. To znamená  väčšie pohodlie a menej starostí pre jeho vlastníka.

Ako funguje tepelné čerpadlo

Tepelné čerpadlo do domácnosti je zariadenie, ktoré využíva energiu z okolia, konkrétne zo vzduchu, zeme alebo vody, na vykurovanie, ohrev teplej vody ako aj na chladenie vnútorných priestorov.

Funguje na podobnom princípe ako chladnička, avšak v opačnom smere. Namiesto odvádzania tepla z vnútra do vonkajšieho priestoru, čerpadlo odoberá teplo z vonkajšieho prostredia a prenáša ho do nášho domova. 

Tepelné čerpadlá zvyšujú komfort nášho bývania a je vysoko pravdepodobné, že v budúcnosti pribudnú ďalšie formy využitia tejto technológie.

Typy tepelných čerpadiel

Existujú rôzne typy tepelných čerpadiel. Líšia sa v tom, čo je zdrojom tepla, teda odkiaľ teplo pochádza. Najbežnejšie typy tepelných čerpadiel sú:

• tepelné čerpadlo zem – voda
• tepelné čerpadlo vzduch – voda
• tepelné čerpadlo voda-voda
• tepelné čerpadlo vzduch-vzduch

Tepelné čerpadlo zem – voda

Tepelné čerpadlo zem-voda využíva teplo uložené v zemi. Je skvelou voľbou pre rodinné domy, ktoré majú k dispozícii vhodný pozemok a chcú investovať do ekologicky udržateľného a efektívneho vykurovacieho systému.

• zdroj tepla – teplo sa získava zo zeme jedným z dvoch spôsobov – pomocou hĺbkového vrtu, obvykle od 50 do 150 m, výnimočne nad 200 m, alebo s využitím podpovrchových zemných kolektorov. Podpovrchové kolektory sú umiestnené pod povrchom záhrady v hĺbke 1 – 2 m a pozostávajú z plastových hadíc, naplnených nemrznúcou zmesou, ktorá prenáša teplo medzi zemou a čerpadlom.
• účinnosť – tepelné čerpadlo zem-voda dokáže dosiahnuť 4 až 5-krát vyššiu účinnosť ako tradičné elektrické kotly, čo znamená významné úspory na nákladoch za vykurovanie.
• výkon – tento systém ponúka stabilný výkon a vysoký vykurovací faktor aj v extrémnych mrazoch, čím zaručuje efektívne fungovanie počas celého roka, nezávisle od vonkajších teplôt.
• inštalácia – inštalácia tepelných čerpadiel zem-voda môže byť náročná a nákladná, pretože si vyžaduje vŕtanie do zeme, resp. inštaláciu potrubia na cirkuláciu chladiva. 
• výhody – vysoko účinný a spoľahlivý systém, pretože využíva stabilné teploty zeme, čo zabezpečuje konzistentný výkon počas celého roka. Vysoká účinnosť pri vykurovaní a ohreve vody prispieva k výrazným úsporám energie.

Tepelné čerpadlo vzduch – voda

Tepelné čerpadlo vzduch/voda využíva energiu z okolitého vzduchu a je ideálnou voľbou pre rodinné domy, ktoré nemajú k dispozícii pozemok pre čerpadlo so zemným kolektorom. 

• zdroj tepla – tepelné čerpadlo vzduch-voda získava teplo priamo z vonkajšieho vzduchu, a to aj v prípade, že teploty klesnú až na -22 °C. Týmto spôsobom dokáže zabezpečiť ohrev vody vo vykurovacom systéme alebo zásobníku teplej vody.
• účinnosť – účinnosť tepelného čerpadla vzduch/voda môže dosiahnuť hodnoty, pri ktorých z jednej jednotky elektrickej energie dokáže generovať tri až štyri jednotky tepelnej energie. Ponúka tak značné úspory na nákladoch za vykurovanie.
• výkon –  systém je schopný udržiavať stabilný výkon a vykurovací faktor aj pri nízkych vonkajších teplotách, čo zaručuje efektívne fungovanie počas celého roka.
• inštalácia – inštalácia tepelných čerpadiel vzduch/voda je jednoduchá a rýchla, bez nárokov na veľký pozemok. Ide o cenovo dostupnejšiu alternatívu v porovnaní s čerpadlami zem/voda.
• nevýhody – väčšia hlučnosť vonkajšej jednotky v porovnaní so systémom zem/voda; pokles výkonu pri extrémne nízkych vonkajších teplotách; kompresor môže mať kratšiu životnosť ako pri systémoch zem/voda.
• výhody – tepelné čerpadlá vzduch-voda umožňujú flexibilnú inštaláciu bez potreby zemných prác alebo prístupu k vodným zdrojom, čo ich robí praktickým riešením pre väčšinu budov. Sú vysoko efektívne aj pri nižších teplotách, poskytujú efektívne vykurovanie a chladenie a majú nižšie zriaďovacie náklady v porovnaní s inými typmi tepelných čerpadiel.

Tepelné čerpadlo voda-voda

Tepelné čerpadlo voda-voda využíva teplo zo spodnej alebo geotermálnej vody. Tento systém čerpá vodu zo studne alebo vodnej plochy, pričom po odobratí tepla sa voda vracia späť do zeme. Ide o efektívny a ekologický spôsob vykurovania, vhodný najmä pre oblasti s dostatkom vody.

• zdroj tepla – tepelné čerpadlo voda-voda čerpá teplo z vodného zdroja, ktorým môže byť studňa, jazero, či rieka. Najčastejšia sa využíva vŕtaná studňa. Voda sa prečerpáva do výmenníka tepla, kde dochádza k odoberaniu tepla a následne je ochladená voda vrátená späť do prírodného zdroja. Tento systém je vhodný najmä v lokalitách s plytkou a kvalitnou spodnou vodou.
• účinnosť – systémy voda-voda majú výnimočne vysokú účinnosť, ktorá môže dosiahnuť až 6-krát vyššiu hodnotu než pri klasických elektrických kotloch. Stabilita teploty podzemnej vody zaručuje efektívne fungovanie počas celého roka.
• výkon – tento typ čerpadla ponúka stabilný a vysoký výkon, čo z neho robí ideálny systém pre väčšie objekty, ako sú komerčné budovy a verejné inštitúcie. Jeho schopnosť využívať aj odpadové teplo z priemyselných procesov zvyšuje jeho efektivitu a hospodárnosť.
• nevýhody – využitie systému voda-voda je obmedzené na lokality s dostatočným množstvom vody. Dodatočné náklady na údržbu, ako je čistenie filtrov a kontrola čerpadiel. 
• výhody – vysoká účinnosť a stabilný vykurovací výkon bez ohľadu na výkyvy vonkajšej teploty. Týmto systémom možno dosiahnuť veľmi nízke prevádzkové náklady, čo z neho robí ideálne riešenie pre oblasti s dostupnými vodnými zdrojmi.

Tepelné čerpadlo vzduch-vzduch

Tepelné čerpadlo vzduch-vzduch je zariadenie, ktoré využíva vonkajší vzduch ako zdroj tepla na vykurovanie a chladenie vnútorných priestorov. 

Tento systém dokáže zabezpečiť v domácnosti príjemnú teplotu s minimálnymi nákladmi na energiu. Využitie má najmä v menších budovách a objektoch s vyššími priemernými teplotami.

• zdroj tepla – tepelné čerpadlo vzduch-vzduch získava teplo zo vzduchu, ktorý je dostupný vo veľkom množstve. Systém efektívne pracuje aj pri premenlivej vonkajšej teplote.
• účinnosť – tento typ čerpadla dosahuje vysokú energetickú účinnosť, pretože 80 % energie čerpá zo vzduchu a len 20 % z elektrickej energie. Je to ekonomicky najvýhodnejší spôsob vykurovania a chladenia s krátkou návratnosťou investície.
• výkon – systém vzduch-vzduch rýchlo a efektívne vyhrieva interiér. Teplý vzduch je distribuovaný priamo z vnútorných jednotiek, čo zabezpečuje okamžité zvýšenie teploty v miestnostiach.
• inštalácia – inštalácia tepelných čerpadiel vzduch-vzduch je rýchla a jednoduchá. Môže byť dokončená za niekoľko hodín, bez potreby rozsiahlych zemných prác alebo úprav na pozemku, čo znižuje celkové náklady na zriadenie systému.
• nevýhody – počet vnútorných jednotiek, ktoré je možné pripojiť k jednej vonkajšej jednotke, je obmedzený. Systém neumožňuje na ohrev teplej vody. Možná vyššia hlučnosť vonkajšej jednotky pri plnej prevádzke. 
• výhody – ideálne riešenie pre tých, ktorí hľadajú ekonomické a efektívne vykurovanie a chladenie. Nízke investičné náklady a jednoduchá inštalácia čerpadla vzduch-vzduch ho robia atraktívnou voľbou pre domácnosti s elektrickým vykurovaním a pre chaty či chalupy, kde dokáže zabezpečiť komfortnú teplotu aj v čase neprítomnosti.

Aké tepelné čerpadlo vybrať

Pri výbere tepelného čerpadla je kľúčové venovať pozornosť týmto parametrom:

• výkon
• účinnosť
• spotreba energie
• hlučnosť
• cena

Správny výber závisí od konkrétnej situácie – či ide o tepelné čerpadlo pre rodinný dom novostavbu, bytový dom alebo napríklad tepelné čerpadlo do starého domu. 

Pri výbere je preto potrebné vziať do úvahy viaceré faktory, ako napríklad:

• spôsob vykurovania, či už podlahovým kúrením alebo radiátormi,
• tepelné straty nehnuteľnosti,
• vykurovaný objem,
• počet členov domácnosti a potrebné množstvo teplej vody.

Zodpovedajúci výkon tepelného čerpadla s vhodným príslušenstvom je zárukou dlhodobého využívania technológie, ktorá môže byť z dlhodobého hľadiska výhodnejšia oproti plynovému alebo elektrickému vykurovaniu.

Tepelné čerpadlo vs. plynový a elektrický kotol 

Ročné náklady (príklad na ilustráciu)

• tepelné čerpadlo – pri aktuálnych cenách elektrickej energie sú ročné náklady na prevádzku tepelného čerpadla približne 572 €.
• plynový kotol – ročné náklady na kúrenie plynovým kotlom dosahujú 1375 €.
• elektrický kotol – prevádzka elektrického kotla stojí ročne približne 2093 €.

Energetická efektivita

• tepelné čerpadlo využíva iba 25 % energie z elektrickej siete, zatiaľčo až 75 % tepla získava zadarmo z okolia (vzduchu, vody alebo zeme). Tento pomer umožňuje tepelnému čerpadlu dosahovať výrazne vyššiu efektivitu a nižšie náklady na kúrenie v porovnaní s plynovým a elektrickým kotlom.

Nevýhody tepelného čerpadla

• vyššie počiatočné náklady – asi najzávažnejšou nevýhodou je obstarávacia cena tepelného čerpadla, najmä ak to porovnávame s elektrickým alebo plynovým kotlom. V súčasnosti však dokáže časť nákladov pokryť štátna dotácia na podporu obnoviteľných zdrojov energie. 
• potreba odbornej inštalácie – montáž a spustenie tepelného čerpadla si vyžaduje certifikovaný personál, čo môže predstavovať ďalší náklad. 

Výhody tepelného čerpadla

• jednoduchá regulácia – teplotu je možné nastaviť a regulovať na diaľku cez aplikáciu, čo umožňuje flexibilné a pohodlné ovládanie kúrenia aj v prípade neprítomnosti.
• ekologický zdroj tepla – ide o čistejšiu a ekologickejšiu formu vykurovania, ktorá znižuje závislosť na fosílnych palivách.
• návratnosť investície – aj keď je počiatočná cena vyššia, úspora nákladov na energie postupne vykompenzuje počiatočné investície. V porovnaní s alternatívami dosahuje tepelné čerpadlo dobrú návratnosť 

Ďalšie alternatívne zdroje energie

Okrem tepelných čerpadiel existuje samozrejme mnoho ďalších alternatívnych zdrojov energie, ktoré môžu prispieť k ekologickému a efektívnemu vykurovaniu a využívaniu energie v domácnostiach. 

Spomedzi nich možno spomenúť fotovoltaické panely, ktoré premieňajú slnečné svetlo na elektrickú energiu, a veterné turbíny, ktoré využívajú silu vetra na výrobu elektrickej energie. 

Fotovoltaiku a veterné turbíny je možné dokonca kombinovať. Viac o téme nájdete v článku Fotovoltika a vertikálna veterná turbína: synergia v energetike.

Zhrnutie

Tepelné čerpadlo predstavuje moderné riešenie pre komfortné a úsporné vykurovanie domácnosti. 

Pri výbere vykurovacieho systému je potrebné zvážiť nielen počiatočné náklady, ale aj dlhodobé výhody, ekologické aspekty a možnosti využitia obnoviteľnej energie.

Pre niektorých sa zdá byť investícia do tepelného čerpadla citeľná, no na druhej strane neváhajú minúť podobné sumy na dovolenky, autá, alebo iné pôžitky. 

Čo dodať na záver?

Nuž, každý si vyberáme svoj spôsob riešenia komfortu bývania z dlhodobého hľadiska.