Co je tepelné čerpadlo? Jak pracuje a jaké jsou typy tepelných čerpadel?

Ano? Vy nás ale zásobujete, pane Karfík!

Hláška pana docenta Chocholouška z filmu Jáchyme hoď ho do stroje se stala součástí naší kultury a je známa většině z nás. A většinou si vybavíme i jeho významné pohledy na své sestřičky a bystré zřízence v ordinaci, když se mu údajný Koudelka snažil vysvětlit, že není blázen a že není vlastně ani Koudelka. Vzpomínáte? Tak přesně tyto významné pohledy jsem viděl, když jsem ukazoval v létě venkovní jednotku tepelného čerpadla s tím, že díky této „bedně" se dostává veškeré to teplo do domu z okolního vzduchu. Venku bylo ten den asi 25°C. Zákazník se zeptal s jasně patrnou zvídavostí a pohyby obočí doktora Chocholouška: „A co v zimě?" „ No to je stejný, taky odtud" „Aháááá, hmmmm" - a bylo to tady. Ten pohled říkal vše. Mít po ruce zřízence, skončil jsem v kazajce. A toto se opakovalo v různých obměnách už mnohokrát.

Zdá se vám to taky šílené, že teplo se čerpá ze vzduchu, který je teplotou hluboko pod nulou?

Jak pracuje tepelné čerpadlo?

Pro ty, co o tom nikdy neslyšeli, vysvětlíme jednoduše. Ti, co to znají, to můžou přeskočit. Nového jim stejně už nic neřekneme, a protože to znají, vědí, že na tepelném čerpadle není vlastně vůbec nic záhadného a nekoukají na nikoho stylem doktora Chocholouška, který větří nového pacienta.

Doma máme většinou ledničku, nebo mrazák. Kromě toho, že uvnitř chladí, většinou víme, že někde vzadu taky topí. Tak si přePrincip tepelného čerpadlastavte, že ten mrazák, který má uvnitř teplotu kolem -20°C otevřete dokořán venku, kde je třeba „jen" -10°C a ještě do něj budete foukat ventilátorem venkovní vzduch. A mrazák mrazí a mrazí, ale na -20°C nedomrazí, a tak pořád mrazí. A co dělá vzadu? Topí. A co je pro nás zvlášť důležité, topí větším tepelným výkonem, než je jeho příkon odebíraný z el. sítě. On se totiž ten mrazící prostor ohřívá o 10°C teplejším vzduchem, který je venku a to (ne)příjemný teplo se snaží odvést dozadu. Je jasné, že takto se pro něj i poměrně studený vzduch stává vlastně „nekonečným" zdrojem tepla. No, a když to celý několikanásobně zvětšíme (výkonem) a dáme k tomu pár zlepšováků, aby to pracovalo ještě líp, mrazící prostor (správně výparník) dáme ven a to černý na mrazáku vzadu (správně kondenzátor) Korund - schema systému tepelného čerpadla vzduch-vodadomů, tak to bude venku mrazit a mrazit a uvnitř topit a topit. A podle toho, jak to vylepšíte, to bude s účinností 1:3, 1:4 nebo víc. Na každou kW el. energie přečerpáte do domu 3, 4 nebo víc kW energie tepelné. To je celý. Tepelné čerpadlo je na světě. Podle toho odkud čerpáte teplo a do čeho získané teplo odvádíte, se pak tepelnému čerpadlu říká Tepelné čerpadlo vzduch (země, voda)-vzduch (voda). Nejúčinnější jsou tepelná čerpadla voda-voda. Dále pak země-voda a pak vzduch - voda. Každý systém má své výhody a nevýhody a dokonce svá omezení, kdy ho ani nelze použít. Více u jednotlivých systémů.

Tepelné čerpadlo voda-voda

U systému voda-voda čerpáte tedy teplo z nějakého vrtu (studny), odebíráte jí teplo (ochlazujete ji) a zase ji pouštíte nedaleko do jiné - vsakovací - studny, kde se vsákne do země.  V zemi se ohřeje a vy jí zase čerpáte zpět. Výhoda - nejúčinnější systém, protože voda ze studny je relativně nejteplejší zdroj. Nevýhoda - musíte mít opravdu vydatný zdroj vody o dostatečné teplotě nad nulou a získat patřičná povolení od úřadů, že toto s ní můžete dělat. Nejčastěji limitující je zdroj vody, a ačkoli je toto řešení nejúčinnější, je nejméně používané - prostě to většinou nejde.

Tepelné čerpadlo země-voda

Hned 2. v pořadí účinnosti, je tepelné čerpadlo systém zem - voda. Teplo čerpáte ze země. To se děje pomocí hlubokého vrtu či vrtů, do kterých „zasunete" ve smyčce plastovou trubku, naplníte nemrznoucí směsí a touto trubkou ve vrtu, kde je relativně stálá teplota, proháníme v uzavřeném okruhu nemrznoucí směs, která nám takto ze země vynáší teplo. Podobně se to dá udělat místo do hloubky do šířky a trubka se „zakope" jako plošný kolektor do nezámrzné hloubky tak, aby neovlivňovala vegetaci a byla dostatečně v teplíčku. Pokud je vše uděláno správně, tak je to velmi spolehlivé. Nevýhoda - vrty jsou drahé. Většinou stojí 1m hotového vrtu 1000,-Kč a je potřeba pro hrubou představu dejme tomu na 10kW  dva 60m vrty. Musíte mít zase nějaké to povolení a při hloubce více jak 100m navíc povolení vrchního báňského úřadu. Tady většinou každého odradí cena vrtu. Ale někdy ani při chuti zaplatit, to zase prostě nejde - ovšem mnohem méně často, jak u systému voda-voda.

U plošného zemního kolektoru pak musíme mít dostatek místa, které už nebudeme chtít nikdy stavebně využít. Mělo by to být místo osluněné - tedy nezastíněné, protože zemní kolektor je v podstatě „sluneční kolektor", který se v létě nabíjí od slunce. Jen ve vlhkých a mokrých půdách se spodními prameny může docházet k přísunu energie odjinud. Pokud by to mělo být na již založené zahradě, budeme ji muset celou udělat znovu. Zahrada bude totiž doslova přeorána.

Tepelné čerpadlo vzduch-voda

Jak už to bývá. V porovnání s ostatními, je systém vzduch-voda obecně nejméně účinný, ale zato jde instalovat s nejmenšími nároky a díky pokroku ve vývoji v chladící technice, s průměrnými ročními účinnostmi, kde do nedávna byly systémy země-voda. (Porovnání tepelných čerpadel vzduch-voda a země-voda naleznete zde) Teplo je čerpáno ze vzduchu, a to i při teplotách kolem -15°C až i při -20°C. Nutno přiznat, že účinnost je při této teplotě už ale opravdu nižší a při těchto mrazech vám dům prostě už sami o sobě nevytopí. Svým způsobem je toto typické ale pro všechny systémy teplených čerpadel. Většinou se totiž nedimenzují jejich výkony na maximální tepelné ztráty pro vaše klimatické podmínky. Proč? Protože kvůli pár dnům, kdy by se to využilo, by muselo být celé zařízení "větší" a dražší, a pokud by nemělo invertorem řízený výkon, muselo by mnohem častěji vypínat, nebo mít větší akumulační nádobu. Neztrácejte však naději. Těchto dnů je i u nás velmi málo a průměrné teploty jsou i u zimních měsíců mnohem výše. Koukněte se na statistické údaje a zvažte sami, zda tepelné čerpadlo vzduch-voda pracuje v našich podmínkách.  Velká výhoda tohoto systému je, že v podstatě nepotřebujete žádné povolení. Snad jen žádost o změnu tarifu na elektriku pro tepelné čerpadlo a s tím i elektro revizi. To potřebuje ale vždy. U ostatních systému je instalace a povolení v porovnání s tímto vždy běh na dlouhou trať. Tento můžete mít několik dnů práce u vás zprovozněný.

Tepelné čerpadlo  vzduch-voda

- jak pracuje v našich podmínkách?

U tepelného čerpadla čerpající energii ze vzduchu je to, co nejvíce ovlivňuje jeho účinnost, právě teplota okolního vzduchu.Tepelné čerpadlo od spol. Korund v našich klimatických podmínkách Z tohoto důvodu je mnohými tento systém předem zavržen. Samozřejmě, že čerpadlo čerpající energii ze země, je v největších mrazech účinnější, neznamená to však, že je systém vzduch neúčinný. Pokud tepelným čerpadlem vzduch-voda ohříváte vodu v bazénu i v létě, může být průměrná účinnost dokonce vyšší. A zároveň je jen několik dnů v roce, kdy čerpadlo vzduch - voda(vzduch) na vytopení vyloženě nestačí. Průměrné teploty za mnoho let zpět naleznete zde. Tady alespoň za poslední rok po měsících. Z nich je vidět, že kvalitní tepelné čerpadlo má i v našich podmínkách rozhodně smysl. Průměrná účinnost tepelného čerpadla TOSHIBA ESTIA je za topnou sezónu 1:3 až 1:4. Toto jsou ověřené hodnoty a tepelná čerpadla země-voda dosahují ve skutečnosti velmi podobných hodnot. V jarních a podzimních měsících je to pak ještě zajímavější. V odpoledních časech je účinnost pak i přes 1:5. Co ztratí tepelné čerpadlo vzduch-voda v mrazivých dnech, to dožene v mnoha jiných dnech, kdy je teplota v topné sezóně nad nulou. Proto je průměrná účinnost nakonec tak vysoká. Večer, až budete všichni doma, rozhodně zima nebude, tak jako dost teplé vody pro všechny. To vše s tepelným čerpadlem i za 30 % původních nákladů.