Úsporné vytápění elektřinou
Tepelné čerpadlo je populární zdroj vytápění zejména pro svůj úsporný provoz a pohodlné ovládání. Ale je důležité, vybrat si nízkoteplotní energii pro tepelné čerpadlo. Tu vybíráme na základě podmínek, které vyplynou z polohy a typu stavby. Je důležité zvážit, do jaké míry je zdroj kvalitní, dostupný, vydatný a má dostatečnou teplotu.
Teplota a kvalita tepelného zdroje
V případě, že teplota a kvalita (čistota) tepelného zdroje nedosahují hodnot, které jsou potřebné pro dané tepelné čerpadlo, je zde možnost použít samostatný okruh naplněn teplonosným pracovním médiem (voda, solanka), které následně nízkopotenciální teplo z přírody přenese na pracovní látku tepelného čerpadla. Tepelná čerpadla mají binomický název, přičemž první slovo definuje zdroj nízkopotenciálního tepla (vzduch, voda, země) a druhé médium, které se ohřívá nebo chladí (voda, vzduch). Protože topným médiem bývá nejčastěji voda, nejběžněji se setkáte s tepelnými čerpadly vzduch / voda, voda / voda a zem (resp. solanka) / voda. Podle zdroje tepla je přitom můžeme rozdělit do tří skupin: vzduchové, vodní a zemní.
Vzduch
Nejsnáze dostupným nízkoteplotním zdrojem je vzduch. Je všude kolem nás a nepotřebujete žádnou komplikovanou a drahou technologii na to, abyste ho získali. Jeho jedinou nevýhodou je, že teplo v něm naběhlé je v zimě opravdu velmi nízké. Je pořeba velké míry představivosti, abychom ho teplem vůbec nazvali. Naštěstí, fyzika to vidí jinak a díky moderní technologii dokáže tepelné čerpadlo za jistých okolností zatopit i mrazivým vzduchem. Svědčí o tom množství tepelných čerpadel vzduch / voda, kterými se vytápějí domy ve Skandinávii. Tato zařízení dokážou pracovat se vzduchem o teplotě až do -20 oC, dosahují však malé výkonové číslo a energetická efektivita jejich provozu je nejnižší právě v zimě, když je potřeba teplo nejvyšší. Vysoké rozdíly teploty vzduchu mezi létem a zimou (-10 až +35 ° C) ovlivňují i životnost jednotlivých komponentů. Jiné je to, pokud jde o vzduch odpadní (ventilační), jehož teplota se může pohybovat mezi 15 až 25 ° C, a je tedy velmi výhodným zdrojem energie pro tepelná čerpadla v obytných budovách. Nevýhodou je jeho omezené množství, což má vliv na dosažitelný tepelný výkon čerpadla. Totéž platí i při využívání vzduchu interiérového, například ze sklepních prostor.
Voda
Nízkoteplotní energii můžete čerpat i z vody - ať už jde o vodu podzemní, nebo povrchovou. Podzemní voda může mít teplotu 7 až 12 ° C, přičemž během roku velmi nekolísá. Obyčejně není ani chemicky znečištěná, proto je jedním z nejvhodnějších zdrojů pro tepelná čerpadla. Nejčastěji se používá voda ze studní. Před projektováním třeba udělat zkušební vrt a zjistit chemické složení a vydatnost zdroje. Na základě toho se pak můžete rozhodovat, zda lze využívat vodu přímo, nebo přes pomocný výměník. Nevýhodou podzemní vody jsou vysoké investiční náklady na získání jejího tepelného potenciálu. Naopak povrchová voda z řek, potoků, jezer nebo umělých nádrží je snadno dostupná, a tudíž investice na její získání jsou relativně nízké. Na její využití pro tepelné čerpadlo je však vždy nezbytný souhlas vodohospodářského orgánu. Nevýhodou je, že se může použít pouze při minimální teplotě 5 až 7 ° C, jinak by mohla zamrzat ve výparním systému. Navíc, vodní toky bývají znečištěné, což způsobuje tvorbu usazenin a korozi. Výborným zdrojem tepla je mořská voda, která má v hloubce kolem 20 metrů téměř stabilní teplotu během celého roku. To se ale nás, co žijeme uprostřed kontinentu bohužel vůbec netýká. Mnohem aktuálnější, zejména na jihu, je geotermální voda. Dosahuje vysoké teploty, ale vrty pro její získání musí mít několik kilometrů, a navíc může být i agresivní k technologii. Proto pokud je geotermální voda s vysokou teplotou dostupná, je výhodné ji využívat pro přímé získání tepla v tepelném výměníku voda / voda a následně po jejím ochlazení na 15 až 25 ° C jako zdroj tepla pro tepelná čerpadla. Takto se dají vytopit i větší obytné celky.
Zem
Dalším výhodným zdrojem tepelné energie je zemská kůra (půda). Teplota půdy v hloubce 10 metrů dosahuje přibližně průměrnou roční teplotu vzduchu a během roku kolísá jen minimálně. Taková nízkoteplotní energie se získává pomocí vertikálních vrtů hlubokých 100 až 150 metrů. Energetické potřeby rodinného domu se dají zajistit vrtem o průměru 12 centimetrů a hloubkou kolem 120 metrů.Realizaci takového vertikálního kolektoru musí schválit vodohospodářský orgán. Druhou možností jsou podzemní horizontální kolektory uložené v hloubce přibližně 1,5 až 3 metry pod zemí. Teplota půdy v této hloubce je 6 až 7 ° C a v létě může dosáhnout až 10 ° C. Na 1 m 2plochy vytápěného objektu je potřeba asi 2,5 až 3,5 m 2 plochy kolektoru. Tento způsob je tedy podmíněn velikostí pozemku, ale i typem zeminy. Navíc horizontálním zemním kolektorem se podchlazuje půda, v důsledku čehož později rozmrzá a později taje i sníh. Můžete tak způsobovat problémy sousedům. V obou případech jde o dost vysoké investiční náklady na instalaci celého podzemního systému.
Nízkoenergetické topné soustavy
Tepelná čerpadla jsou vhodné především u nízkoenergetických topných soustavách, které využívají topnou vodu s nižší teplotou (kolem 55 ° C). Jde zejména o podlahová a stěnová vytápění. To jejich jaksi automaticky zařazuje mezi tepelné zdroje ideální do nízkoenergetických objektů. Moderní tepelná čerpadla s vyššími výkony se však dají použít ve všech typech rodinných domů a při všech typech otopných soustav. Úspory získané tepelným čerpadlem se přitom projeví o to více, o co větší množství energie potřebujete do domu dodat. Kromě vytápění se tepelná čerpadla využívají i na ohřev vody a mnohé na ni mají vestavěný zásobník. Stále častěji se kombinuje funkce topení a chlazení. Při minimálním zvýšení ceny je takové tepelné čerpadlo schopné pracovat i obráceně - odebere teplo z místnosti a prostřednictvím pracovní látky ho předá zpět do přírody. Tepelné čerpadlo může pracovat v monovalentní nebo bivalentním provozu. Při monovalentní je jediným zdrojem tepla pro domácnost, takže musí mít vyšší výkon, větší zdroj nízkopotenciálního tepla (například větší zemní kolektor, více vrtů), a investičně je tedy mnohem náročnější. Bivalentní, paralelní provoz znamená, že kromě tepelného čerpadla máte ještě pomocný zdroj tepla (například kotel). Tepelné čerpadlo se spustí pouze při vhodných podmínkách, kdy pracuje nejefektivněji. Při tomto typu provozu je důležitý tzv. bod přepnutí, čili teplota venkovního vzduchu, při které se tepelné čerpadlo spustí. Čím je tato teplota nižší, tím více budova využívá tepelné čerpadlo, a tím je vytápění efektivnější. To ale opět znamená i větší výkon zařízení, větší nízkoteplotní zdroj, a tím i větší celkové náklady na technologii. V případě rodinných domů se upřednostňuje bivalentní provoz, přičemž je důležité najít co nejlepší poměr mezi efektivitou celého topného systému a jeho náklady.
Autor: Martina Dvořáková
