Nejčastější chyby při výběru, instalaci a provozu tepelných čerpadel

Není pochyb o tom, že chybný návrh vytápění tepelným čerpadlem (TČ) nebo nevhodně provedená instalace TČ způsobí, že i to nejlepší tepelné čerpadlo bude pracovat neúsporně a nepřinese uživateli předpokládané úspory. Nesprávné používání vede také k poruchám a snížení efektivity tepelných čerpadel. Článek ukazuje nejčastější chyby, ke kterým v praxi dochází.

Stavba domu a instalace tepelného čerpadla

Nedostatečný výkon TČ nebo doplňkový zdroj tepla (elektrokotel) běží příliš často.

Příčin může být celá řada, nicméně nejčastěji je to dáno tím, že objekt má vyšší tepelnou ztrátu než na jakou bylo TČ navrženo. Kromě samotného poddimenzování tepelného čerpadla to může být způsobeno i špatně provedenou tepelnou izolací stěn nebo střechy domu, včetně podcenění vlivu tepelných mostů (traverzy, komíny, věnce). Při nedostatečném výkonu tepelného čerpadla (bez doplňkového zdroje) je nutné vytápění budovy z jiných zdrojů, což zvyšuje provozní náklady na celou otopnou sezónu.

Vlhký dům

Problémy mohou nastat i při správném dimenzování tepelného čerpadla, a to v prvním roce po ukončení stavby domu. Zděný dům stavěný mokrou technologií ještě vysychá a odpařování vody ze stavebních konstrukcí spotřebovává mnoho energie. Vysoušení může za první topnou sezónu přesáhnout 30 % energie navíc. Někdy ještě není dům zcela dokončen, pokračují některé dokončovací práce, jsou často otevřeny dveře a tím je výrazně zvýšené větrání domu venkovním vzduchem (chybějící prahy, otevřené krbové sopouchy atd.).

Příliš vysoký výkon tepelného čerpadla

Na druhé straně, při návrhu vytápění budov tepelným čerpadlem, nelze jeho výkon navrhovat jako při dimenzování tradičních zdrojů tepla. Cena plynového kotle o výkonu 20 kW a 30 kW se příliš neliší, ale u tepelného čerpadla je cena každého kilowattu instalovaného výkonu jednotky vysoká a tepelné čerpadlo je pak zbytečně drahé. Pokud není zapojena akumulační nádrž otopné vody s dostatečným objemem, pak mohou vznikat problémy s častými starty a častým přestoupením tlaku na vysokotlaké straně chladiva.

Primární okruh TČ vzduch-voda

Nevhodné umístění venkovní jednotky

Tepelné čerpadlo potřebuje pro svůj provoz velký průtok venkovního vzduchu. Nevhodné umístění nebo překážka průtok vzduchu omezí a mohou se vyskytnout problémy s odtáváním, se snížením výkonu tepelného čerpadla či jeho topného faktoru.

Hlučnost venkovní jednotky

Hluk venkovní jednotky pochází zejména z kompresoru, ventilátoru a aerodynamického hluku protékajícího vzduchu. Vibrace se mohou šířit i po chladivovém potrubí, případně po trubkách do otopné soustavy. Volbou umístění jednotky lze obtěžování hlukem snížit, nebo naopak zvýšit. Zde hodně záleží na zkušenostech a znalostech problematiky šíření hluku toho, kdo umístění jednotky navrhuje, tedy projektanta nebo montážníka. Při zavěšení jednotky na fasádu může dojít k přenosu vibrací do konstrukce domu.

Základ a odvod kondenzátu

Venkovní jednotka TČ musí být umístěna na pevném základu, který je umístěn do nezámrzné hloubky. Je třeba myslet na odvod kondenzátu, nejlépe do štěrkového lože pod jednotkou. Pokud je kondenzát sveden do kanalizace, je třeba řešit ochranu svodu proti zamrznutí. K zamrzání a zároveň největší tvorbě kondenzátu dochází při venkovních teplotách mezi -5 °C až +4 °C. Při provozu v běžném rodinném domě z tepelného čerpadla vyteče denně až 50 litrů kondenzátu. Když trvají nepříznivé podmínky tři týdny, pak za tuto dobu z jednotky vyteče 1000 litrů. Při venkovních podnulových teplotách se může vytvořit již pěkné kluziště. Jednotka by měla být umístěna tak vysoko, aby sníh v obvyklé výšce pokrývky nebránil průtoku venkovního vzduchu jednotkou.

Vnitřní vzduchové TČ

Nesprávná instalace jednotky může do domu přivádět nadměrnou vlhkost a případně může i namrzat. Vnitřní jednotkou protéká velké množství vzduchu, které při nedostatečném průměru vzduchových potrubí způsobuje hluk uvnitř domu. Na neodborně tepelně izolovaném vzduchovém potrubí se může srážet vlhkost.

Primární okruh TČ země-voda

Poddimenzování vrtu

Dimenzování vrtů značně záleží na geologických podmínkách v místě instalace. Schopnost přenosu tepla z jednotlivých hornin se liší, a to až násobně. Poddimenzování znamená nedostatek energie pro tepelné čerpadlo, tedy horší topný faktor. Dalším následkem je nadměrné vychlazení okolí vrtu. Během několika let takovéhoto provozu může dojít k situaci, že vrt není mimo otopnou sezónu schopen zregenerovat a v extrémním případě může tepelné čerpadlo přestat fungovat. Pak dům vytápí pouze bivalentní zdroj, např. elektrokotel.

Poddimenzování plošného kolektoru

Důležité je, v jaké hornině je plošný kolektor umístěn a jaká je schopnost této horniny předat teplo do teplonosné kapaliny v potrubí. Pokud má uživatel po pár letech provozu na povrchu nad kolektorem stále špatný trávník, pak bude příčina v nevhodně zvolené hloubce uložení potrubí, nedostatečných roztečích nebo malé celkové délce potrubí. Následkem tohoto stavu dochází k nadměrnému ochlazování okolní půdy, kolektor nestíhá regenerovat a půda je nepřiměřeně studená. Navíc, aniž to uživatel pozoruje, zhorší se topný faktor a čerpadlo nespoří tolik, kolik by mohlo, kdyby byl kolektor navržen a proveden správně. Pokud je plocha neosluněná, je pro dobrou regeneraci kolektoru třeba větší plocha kolektoru než při osluněné expozici.

Předimenzované primární čerpadlo solanky

Oběhové čerpadlo primárního okruhu má velký výkon. Jakmile je rozdíl teplot na solance méně než 2 K, pak primární čerpadlo spotřebuje za sezónu zbytečně příliš mnoho elektrické energie a zhoršuje tak sezónní topný faktor.

Nevhodné potrubí plošného kolektoru nebo vrtu

Na potrubí do vrtu nebo plošného kolektoru se opravdu nevyplatí zbytečně šetřit. Na trhu je široká nabídka potrubí, takže je z čeho vybírat. Vybrat by ale měl pouze odborník, který ví, na co je třeba dát pozor. Vyhnete se tak netěsnostem a poškozením potrubí vlivem poškození strukturou horniny. Některé levnější typy potrubí je nutné uložit do pískového lože, jiné lze rovnou zasypat a to i kamením.

Nedostatečné odvzdušnění

Vzduch snižuje přenos tepla a snižuje účinnost tepelného čerpadla. V extrémních případech zavzdušnění okruhů s teplonosnou kapalinou může vést k poruše oběhového čerpadla, které pracuje nasucho.

Voda nebo led na potrubí a louže v kotelně

Voda na potrubí nebo na podlaze v místnosti s TČ nemusí pocházet z prasklého potrubí. V primárním okruhu zemních výměníků tepla může být teplota ležící pod teplotou rosného bodu vzduchu místnosti s TČ. V důsledku toho se trubky mohou orosit a voda zkondenzovaná ze vzduchu kape na podlahu. V nejméně příznivém stavu trubka postupně omrzá. Trubky od zemních výměníků by měly být pečlivě izolovány, zejména v místech, kde procházejí stěnou nebo základem budovy. Izolace potrubí by měla mít uzavřenou strukturu, která neabsorbuje vlhkost a měla by být na potrubí nalepena.

Pracovní kapalina s nesprávnými parametry

Nemrznoucí směsi mají omezenou dobu použití a časem se jejich vlastnosti mění. Parametry je nutné pravidelně kontrolovat. Při zanedbání údržby může kapalina ve velmi nízkých teplotách vytvořit kaši, kterou oběhová čerpadla nejsou schopná čerpat.

Omezení bodu tuhnutí doplňováním vody

Ztráty kapaliny (indikované poklesem tlaku) v okruhu zemního výměníku by měly být nahrazeny stejnou kapalinou, kterou byla instalace původně naplněna. K doplňování okruhu vodou z vodovodu by nemělo docházet často, protože tímto způsobem se sníží koncentrace nemrznoucí kapaliny v zařízení a zvyšuje se riziko jejího zmrznutí.

Po vyvrtání vrtu se sousedovi ztratila voda ve studni

Vrt pro tepelné čerpadlo není vodním dílem, nemělo by tedy dojít k ovlivnění spodních vod. Po vyvrtání je nutné provést zatěsnění vrtu speciální směsí (bentonit). Těsnící materiál nejen vyplní a utěsní dutinu, ale tím i zlepší přestup tepla z okolní horniny do potrubí. Pokud instalační firma šetří a vrt nevyplní, tak je přestup tepla špatný a navíc se sousedovi může ztratit voda v jeho studni tím, že přeteče do jiné zvodně. A to už je pak práce pro právníky.

Otopná soustava a příprava teplé vody

Pokud je v některé místnosti zima, nemusí to být nutně způsobeno špatně pracujícím tepelným čerpadlem. Příčin, které je nutné prověřit, je celá řada. Od špatně navržených otopných ploch v otopné soustavě, špatného hydraulického seřízení, přes nedostatečný průtok otopnou soustavu vlivem špatně navrženého oběhového čerpadla až po chybné nastavení regulace otopné soustavy a tepelného čerpadla.

Vysokoteplotní otopná soustava

Tradiční vysokoteplotní otopné soustavy s otopnými tělesy (například s teplotním spádem 90/70 °C) jsou určeny pro vytápění kotli. Tepelná čerpadla jsou naopak zařízení vhodná pro práci v nízkoteplotních otopných soustavách. Potom tepelná čerpadla pracují s vysokou účinností vyjádřenou nejen okamžitým topným faktorem COP, ale i sezónním SCOP. Pro vytápění tepelnými čerpadly se proto doporučuje používat nízkoteplotní soustavy. Nejčastější jsou sálavé - podlahové, stropní nebo stěnové. V dobře zateplených budovách s nízkými provozními teplotami jsou vhodnou alternativou i otopná tělesa, konvektory.

Nedostatek teplé vody

Příčinou bývá malý výkon při zvýšeném odběru teplé vody, špatně navržený zásobník TV nebo velká potřeba tepla pro cirkulaci, která není řízena.

Malý výměník tepla v zásobníku teplé vody

Při použití trubkového výměníku v zásobníkovém ohřívači vody s malou teplosměnnou plochou nastávají problémy s přenosem tepla z otopné vody do objemu ohřívané vody a výměník není schopen výkon tepelného čerpadla přenést. Vlivem toho se zvyšuje teplota otopné vody a při překročení maximální teploty dojde k výpadku tepelného čerpadla. Ten je často indikován jako „vysoký tlak chladiva“ a nezkušená obsluha hledá závadu na chladivové části, i když je jinde.

Výrobci tepelných čerpadel většinou vhodnou sestavu ke svojí jednotce nabízejí, ale problémy mohou nastat, když chce investor ušetřit a použije levnější zásobník s výměníkem s nedostatečnou teplosměnnou plochou.

Nevhodná koncepce ohřevu TV

Velmi kompaktní řešení tepelného čerpadla „vše v jednom“ nebo s použitím kombinovaného zásobníku pro vytápění a přípravu teplé vody je populární z hlediska snadné a místo šetřící instalace. Při provozu se pak ukáže, že celoroční udržování vysoké teploty v nádrži (více než 50 °C) místo ekvitermní teploty je nehospodárné. Proto je vždy vhodnější rozdělit objem kombinovaného zásobníku na část přípravy teplé vody o vysoké teplotě a část vyhrazenou pro nízkoteplotní vytápění. Tepelné čerpadlo pak pracuje do obou objemů při různých požadovaných teplotách, nikoli pouze s jednou vysokou teplotou.

Elektroinstalace

Nevhodně dimenzované silové nebo sdělovací kabely. Nedostatečný jistič, nebo jistič s nevhodnou charakteristikou. Podpětí v oblastech vzdálených od distribuční trafostanice. Vadný signál HDO. Používání stavební provizorní přípojky.

Provozní problémy

Přetápění

Uživatelé domu nastaví výrazně vyšší požadovanou teplotu v místnostech, než byla uvažována v projektu. Při vytápění místností na 24 °C místo 20 °C může být nárůst spotřeby energie pro vytápění o 12 až 15 % vyšší. Pokud uživatelé větrají pootevřeným oknem, pak můžou být náklady na vytápění více než dvojnásobné.

Chladivový okruh

Častou chybou je nesprávné nastavení expanzního ventilu, špatně průchozí filtr chladiva a nefunkční presostaty. Pokud jsou v průhledítku bubliny může to signalizovat mimo špatně nastaveného podchlazení také nedostatek chladiva. Zbarvený terčík signalizuje vlhkost v okruhu chladiva.

Regulace

Špatné nastavení funkcí bývá způsobené uživateli, kteří něco přenastaví a nikdy to nepřiznají. Mezi časté chyby patří vadné, nebo špatně umístěné čidlo, vadný hardware nebo software, rušení jinými elektrospotřebiči (elektrokotel, tramvaj, atd.).

Ignorování hlášení poruch

Uživatel tepelného čerpadla by měl věnovat pozornost informacím na řídicí jednotce. Pokud čerpadlo hlásí poruchu, stojí za to zjistit, co ji způsobuje a případně se poradit se servisním technikem. Řešení vymazáním informací o poruše sice problém oddálí, ale může vyústit do velké poruchy. Vyplatí se využít možnosti vzdáleného sledování řízení po internetu, protože včasný zásah umožňuje zvýšit spolehlivost provozu.

Závěr

Dobrou zprávou na závěr je, že 95 % poruch není způsobeno tepelným čerpadlem ale jinými komponenty otopné soustavy. Jeden klasický příklad za všechny: Uživatel volá, že tepelné čerpadlo má poruchu, kterou popisuje jako: „Alarm hlásí vysoký tlak chladiva“, a dodává: „No hrůza, co jsem to koupil za krám!“ Zkušený instalatér tepelných čerpadel tuší, že příčina je jinde a jako první vyčistí sítko filtru otopné vody v otopné soustavě. Topenáři totiž při spojování potrubí často ponechají v trubkách nečistoty, podceňují proplach, a nečistoty zacpou sítko a omezí průtok otopné vody výměníkem TČ. Při nedostatečném průtoku stoupala teplota otopné vody, tím i kondenzační teplota a tlak chladiva až vysokotlaký presostat TČ vypnul.

Proto se při hledání závady doporučuje postupovat ve směru:

stavba → otopná soustava → primární okruh → samotné tepelné čerpadlo a jeho chladivový okruh.

Velkým pomocníkem je archiv poruch v regulátoru. Některé poruchy lze odstranit za součinnosti uživatele po telefonu, lze zjistit časové souvislosti poruch a ze statistiky provozu je možné potom odhalit příčinu poruchy.

Pokud je tepelné čerpadlo odborně správně zvoleno a dimenzováno, správně řešena i otopná soustava, provádí se pravidelná údržba, pak je výskyt výše uvedených problémů prakticky vyloučen a tepelné čerpadlo může být v bezporuchovém chodu i desítky let.

Poděkování

Tento článek vznikl za finanční podpory MŠMT v rámci programu NPU I č. LO1605 - Univerzitní centrum energeticky efektivních budov – Fáze udržitelnosti.