Co je to tepelné čerpadlo - základní části, druhy

Tepelné čerpadlo funguje na podobném principu jako klimatizace či chladnička, jen je v něm proces obrácený.

Tepelné čerpadlo přeměňuje nízkopotencionální teplo odebrané z okolního prostředí (venkovní vzduch, půda, voda) na teplo vhodné k vytápění a ohřevu teplé vody pomocí komprese vypařeného chladiva.

Jelikož teplo odebrané zvenku nemůže samo od sebe přecházet z chladnějšího na teplejší těleso (druhý hlavní zákon nauky o teple), musí tepelné čerpadlo převádět přijatou tepelnou energii z okolí na teplotní hladinu potřebnou k vytápění a přípravu teplé užitkové vody.

Toto je prováděno za pomoci kompresoru, který ke svému provozu potřebuje elektrickou energii. Tepelný výkon na výstupu tepelného čerpadla tedy nezískáváme úplně zadarmo, ale ve výsledku získáme součet energie odebrané z vnějšího prostředí a elektrické energie dodané pro pohon kompresoru.

Topný faktor. Poměr mezi elektrickou energií, která je tepelným čerpadlem spotřebována (příkon), a dodanou tepelnou energií (topný výkon) se nazývá topný faktor (anglicky COP), který je ukazatelem účinnosti tepelného čerpadla. Čím vyšší je topný faktor, tím více nám tepelené čerpadlo dokáže uspořit.

Tepelné čerpadlo země-voda Viessmann Vitocal 200 G
Tepelné čerpadlo země-voda nabízí o 20–30 % levnější provoz než tepelné čerpadlo vzduch-voda.

Tepelné čerpadlo má 4 základní části:

• výparník
• kondenzátor
• kompresor
• expanzní ventil

Okruh tepelného čerpadla je naplněn kapalinou s nízkým bodem varu, kterou nazýváme pracovním médiem.

Pracovní médium (chladivo) hraje ve fungování tepelného čerpadla význačnou roli.

Nízkopotenciální teplo vnějšího prostředí je za pomoci pracovního teplonosného média odebíráno z výparníku a přiváděno do kompresoru.

Kompresor tedy nasává pracovní médium z výparníku, v němž nastává podtlak, médium se vypařuje, k čemuž spotřebovává výparné teplo ze zdroje. Páry teplonosného média jsou v kompresoru stlačeny, tím se zvýší tlak, páry se ohřejí a vhání se do kondenzátoru. Zde páry předají výparné teplo topné vodě, a tím zkondenzují.

Zkapalněné médium pak protéká expanzním ventilem, expanduje, čímž ztrácí tlak, a výrazně se ochlazuje.

Protože je pracovní médium chladnější než nízkopotencionální zdroj tepla, odčerpává z něho teplo, a cyklus se znovu opakuje ve směru výparník, kompresor, kondenzátor, expanzní ventil.

Základní druhy tepelných čerpadel

Tepelné čerpadlo vzduch-voda Mitsubishi Zubadan
Tepelná čerpadla Mitsubishi Zubadan dodávají 100 % výkonu i při venkovních teplotách okolo −15 °C, proto nepotřebují pro provoz žádný bivalentní zdroj (elektrokotel).

• Tepelné čerpadlo vzduch-voda
• Tepelné čerpadlo země-voda
• Tepelné čerpadlo voda-voda

Nejčastěji se v dnešní době instalují tepelná čerpadla vzduch-voda s plynulým řízením výkonu (invertorem či frekvenčním měničem). Jejich výhodou je nižší pořizovací cena v porovnání s tepelnými čerpadly země-voda, mnohem rychlejší a méně náročná instalace (vzduch-voda 1–2 dny, zeměvoda 5–15 dní), není vždy třeba instalovat k nim akumulační nádrž a také není třeba velký pozemek ani povolení stavebního úřadu. Pro každý dům se však hodí jiné tepelné čerpadlo a proto je třeba pozvat odborníka, který Vám vysvětlí výhody a nevýhody jednotlivých variant a pomůže Vám vybrat nejvhodnější typ právě pro Vás. Dejte si však při výběru tepelného čerpadla pozor na některé detaily. Někteří výrobci a dodavatelé tepelných čerpadel stále nabízejí tepelná čerpadla vzduch-voda typu ON/OFF, tedy čerpadla, bez možnosti plynulého řízení výkonu. Takové jednotky jsou levnější na výrobu a proto mohou stát méně peněz. Pokud je však pořídite je nutné k tepelnému čerpadlu přikoupit také akumulační nádrž, aby nedocházelo k příliš častému spínaní a vypínání kompresoru při teplejším počasí. Naopak tepelná čerpadla s plynulým řízením výkonu, která nabízejí všichni moderní výrobci a dodavatelé tepelných čerpadel akumulační nádrž ve většině případů pro svůj provoz nepotřebují a i při teplejším počasí plynule hřejí dům při sníženém výkonu. Tepelné čerpadlo nezapíná a nevypíná, čímž se zabrání studeným startům, výkyvům teploty v místnosti a dosáhne se tak úspornějšího provozu a také delší životnosti tepelného čerpadla, které po většinu času běží jen s částečným zatížením a ne na maximální možný výkon.

Tepelná čerpadla země-voda odebírají teplo ze země a to buď pomocí plošného kolektoru nebo vrtu. Plošný kolektor je tvořen PE trubkou uloženou v zemi v hloubce 1,2–1,5 m s rozestupy min. 80 cm od sebe. Je zapotřebí velká plocha pozemku (v závislosti na potřebě energie). Druhá varianta je čerpat energii ze země pomocí vrtů. Jedná se o vrty hluboké 100–150 m (dle možností v místě realizace – skalnaté podloží, poddolované území nebo lázeňská oblast umožní např. pouze 50m hloubku). Počet vrtů je opět určenou potřebou čerpané energie. Tento typ tepelných čerpadel se provozuje vždy s akumulační nádrží jelikož se jedná o čerpadla typu ON/OFF. Tepelná čerpadla země-voda se vyznačují úspornějším provozem (cca o 20–30 %) než vzduch-voda. Nicméně instalace tohoto systému je složitější, tedy i nákladnější.

Fotovoltaické elektrárny v kombinaci s tepelným čerpadlem

Fotovoltaická elektrárna
Kombinace tepelného čerpadla a fotovoltaické elektrárny umožňuje topit ZDARMA při využití vlastní vyrobené elektřiny.

Spojení fotovoltaické elektrárny a tepelného čerpadla s možností řízení výkonu se zdá být jako ideální varianta pro využití vlastní vyrobené elektřiny. Topení takovýmto způsobem je nejlevnějším topením, protože je ZDARMA.

Tepelnému čerpadlu totiž stačí dodat například 2 kWh přebytečné elektrické energie a ono nám dodá 6 kWh energie tepelné. Ztrojnásobí nám totiž přijatou přebytečnou elektřinu z domácí elektrárny. Narozdíl od využívání těchto přebytků v odporových zátěžích jako je topné těleso bojleru, elektrokotel apod., kde z 2 kWh elektrické energie dostaneme necelé 2 kWh tepelné energie.

Tepelné čerpadlo s frenkvenčním měničem, tedy s řízením výkonu dokáže využít již minimální přebytky elektřiny, jelikož si dokáže pomocí externího regulačního prvku, které přebytky fotovoltaiky měří, snižit potřebný výkon tak, aby kopírovalo tyto přebytky a využilo tak fotovoltaickou elektrárnu na maximum.

Toto zapojení je výhodné v režimu fotovoltaické elektrárny „Zelený bonus“, kdy je nežádoucí (neekonomické) vyrobenou elektřinu dodávat do sítě ČEZu, Eonu apod.

Jaký typ tepelného čerpadla vybrat?
vzduch-voda, země-voda

„Vzhledem k výbornému poměru cena/výkon, jednoduchosti a rychlosti montáže, bezproblémového provozu i při velmi nízkých venkovních teplotách okolo −15 °C doporučujeme instalaci tepelných čerpadel s řízeným výkonem od renomovaných výrobců VIESSMANN a MITSUBISHI ZUBADAN.“

Pro zjednodušení a správný výběr tepelného čerpadla je důležité podívat se na ekonomické zhodnocení pořízení a provozu tohoto topného systému.

Rodinný dům s tepelnou ztrátou 10 kW

Uvažujeme běžný rodinný dům s tepelnou ztrátou okolo 10 kW. Potřeba tepelné energie pro udržování tepelné pohody 21 °C v tomto domě během topné sezóńy se pohybuje okolo 21 000 kWh. Vyjádřeno penězmi je to u plynového kotle (1,8 Kč/kWh) 37 800 Kč za rok a u elektrokotle (2,9 Kč/kWh) téměř 61 000 Kč. Když zvážíme ještě ohřev teplé užitkové vody pro 4člennou rodinu (cca 150 l za den) dostáváme se k roční spotřebě tepelné energie o 2 700 kWh vyšší. S plynovým kotlem tak zaplatíme za rok skoro 42 700 Kč a s elektrokotlem 68 730 Kč.

Tepelné čerpadlo vzduch-voda dokáže přijatou elektrickou energii v průměru ztrojnásobit. Pro stejný dům a stejnou tepelnou pohodu a ohřev užitkové vody spotřebuje tak pouze 7 900 kWh elektřiny. Při sazbě D56d (sazba pro tepelná čerpadlo) platíme 2,7 Kč/kWh. Celkem tedy za roční provoz tepelného čerpadla a za celou topnou sezonu zaplatíme pouze 21 330 Kč. Ušetříme tak nemále peníze – oproti plynovému kotli 21 370 Kč, tedy polovinu nákladů, a proti elektrokotli celých 47 400 Kč! A to nepočítáme úsporu za spotřebu domácnosti, která je účtována také za sníženou sazbu 2,7 Kč/kWh.

Tepelné čerpadlo země-voda dokáže přijatou elektrickou energii dokonce zčtyřnásobit! Pro stejný dům spotřebuje tak pouze 5 900 kWh elektřiny. Celkem tedy za roční topení tepelným čerpadlem země-voda zaplatíme necelých 16 000 Kč. Proti plynovému kotli tak ušetříme 26 700 Kč, a proti elektrokotli celých 52 730 Kč!

Pořizovací náklady

Tepelné čerpadlo vzduch-voda VIESSMANN Vitocal 200 S
Extrémně tiché tepelné čerpadlo s kompaktními rozměry vysokou kvalitou provedení

Cena tepelného čerpadla vzduch-voda značky Viessmann nebo Mitsubishi ZUBADAN pro dům s tepelnou ztrátou okolo 10 kW se vč. instalace (dodávka na klíč) pohybuje okolo 225 000–250 000 Kč vč. DPH. Když víme, že jeho provozem ušetříme až 47 400 Kč, vychází návratnost inestice okolo 5 let.

Tepelné čerpadlo země-voda Viessmann nabízíme v případě zemního kolektoru vč. instalace a výkopových prací za cenu okolo 400 000 Kč vč. DPH. Při úspoře celých 47 400 Kč za rok nám vychází návratnost tohoto topného systému okolo 8 let. Do budoucna pracuje, ale s nižšími náklady než vzduch-voda. Ekonomika čerpadla země-voda se výrazně zlepší, pokud jej budeme využívat pro letní pasivní chlazení (klimatizace). To je stav kdy čerpadlo funguje reverzním chodem ovšem bez použití kompresoru. Jednoduše nabíjí teplem z domu zeminu na zahradě. V tomto případě návratnost vychází také okolo 5 let. Cena tepelného čerpadla se zemním vrtem je přibližně o 100 000 Kč vyšší s tím, že provoz je o cca 10 % levnější než u čerpadla se zemním kolektorem.

Regulace a ovládání tepelného čerpadla

Ovládání přes telefon nebo počítač
Snažíme se procoz a ovládání tepelného čerpadla co nejvíce usnadnit. Ovládání přes internet nebo telefonem bereme jako standard.

Námi dodávaná tepelná čerpadla nabízejí velice komfortní a jednoduché ovládání pro své uživatele. K jednotkám je mimo jiné možné připojit vzdálené ovládání např. do obývacího pokoje, pomocí kterého můžete jednoduše měnit požadovanou teplotu v pokoji či provozní režim tepelného čerpadla. Na dálkovém ovládání je také zobrazena venkovní teplota či připadná porucha zařízení.

Další výhodou a předností je přístup k tepelnému čerpadlu přes internet nebo chytrý telefon. Touto cestou je rovněž možné provoz tepelného čerpadla detailně sledovat, jednoduše měnit např. nastavení teploty v místnosti, nastavení provozních režimů apod.

Samozřejmostí je informování uživatele o případné poruše zařízení, kdy regulační jednotka automaticky odešle uživateli např. email s upozorněním.

Regulační jednotky umí mimo jiné i ovládání solárního systému, druhého zdroje tepla, řízení využití přebytků z fotovoltaické elektrárny nebo například zavlažování zahrady, stahování rolet apod.

Profesionální tým
Na rozdíl od většiny běžných instalatérů se Vám snažíme navrhnout nejlepší možné řešení. Aktivně sledujeme trendy a novinky týkající se tepelných čerpadel.Pracujeme s nejkvalitněšími komponenty na trhu, proto výběr technologie od nás není krokem vedle.

Kontaktní údaje 2K Energy s.r.o.

Firma 2K Energy s.r.o. byla založena v roce 2012. Tým odborníků, který Vám tepelné čerpadlo navrhne a dodá, má zkušenosti v tomto oboru více než 10 let. Za tuto dobu jsme dodali přes 2000 tepelných čerpadel, solárních systémů, plynových kotelen a dalších topných systémů pro rodinné i bytové domy.

Společnost 2K Energy s.r.o. má sídlo v Praze a pobočky v Českých Budějovicích a Plzni.

Adresy 2K Energy s.r.o.:

• Bělehradská 858/23, 120 00 Praha (sídlo firmy)
• Vrbenská 2A, 370 01 České Budějovice (pobočka)
• Goldscheiderova 2925/3, 301 00 Plzeň (pobočka)

Email:
info@2kenergy.cz

Telefon:
+420604290390 (Ing. Michal Kapoun, jednatel)
+420605159999 (Ing. Tomáš Kopecký, jednatel)
+420778407408 (Bc. Lucie Kováčiková, asistentka)

Web:
www.usporna-tepelna-cerpadla.cz
www.2kenergy.cz
www.akumulacni-nadrz.com

Reference 2K Energy s.r.o.