Zpět na články

Jak funguje tepelné čerpadlo

Eva Lázoková

Eva Lázoková

Expert

29. červenec 2022

Zapojení tepelného čerpadla

Tepelné čerpadlo se jeví jako kouzelná skříňka, která pracuje s účinností značně převyšující 100 %. Jak je možné, že dokáže vyrobit tak velké množství tepla při tak nízkých nákladech? Pojďme si objasnit princip fungování tepelného čerpadla. Za skvělou funkčností moderních tepelných čerpadel totiž nestojí žádné čáry ani triky. Jen fyzikální zákonitosti, vědeckotechnický pokrok a precizní instalace.

Tepelné čerpadlo je chytře zkonstruováno tak, že odebírá teplo z chladnějšího prostředí a předává ho teplejší otopné soustavě, díky níž se pak rozšíří do vytápěného objektu. Jako zdroj tepla mohou tepelná čerpadla využívat různá prostředí a na základě toho rozlišujeme různé typy čerpadel:

Typy čerpadelZdroj teplaVýhodyNevýhody
Tepelná čerpadla vzduch-vzduchvzduch z venkovního prostředínízká pořizovací cena, snadná instalace; při obráceném chodu slouží jako klimatizacenižší výkon; hlučnost;  vhodná spíš jen do menších objektů, chaty nebo chalupy
Tepelná čerpadla země-vodateplo pod zemským povrchem získávané hlubinným vrtem nebo půdním kolektoremdlouhá životnost, stabilní provoz v celém topném obdobífinančně náročnější provedení; vyžadují zemní práce na pozemku
Tepelná čerpadla voda-vodateplo ze spodních vod získávané vrtem nebo ze studněvysoká účinnost, vysoký topný faktornáročná instalace; finančně nákladná
Tepelná čerpadla vzduch-vodavzduch z venkovního prostředísnadná instalace, výborný poměr cena/výkonnižší účinnost než čerpadla země-voda; u některých modelů vyšší hlučnost

 

V České republice vede u zákazníků jasně tepelné čerpadlo vzduch-voda, které je zde nejčastěji instalovaným typem. A není divu. Při porovnání všech plusů a mínusů představuje skvělou rovnováhu mezi výkonem, cenou a (ne)náročností technického řešení. Proto se ve Woltair zaměřujeme na montáže právě těchto typů energetických zařízení.

O tepelná čerpadla je nyní obecně obrovský zájem. Jejich hlavními výhodami jsou:

Princip fungování tepelného čerpadla

A jak přesně tedy tepelné čerpadlo vzduch-voda funguje? V podstatě jako taková chladnička naruby. V uzavřeném chladivovém okruhu proudí speciální teplonosné médium (chladivo), které během svého oběhu mění skupenství a postupně prochází čtyřmi fázemi přes výparník, kompresor, kondenzátor a expanzní ventil (podrobné vysvětlení těchto a dalších pojmů najdete v článku Tepelné čerpadlo: Přehled nejdůležitějších pojmů). Nejprve se při stlačení kompresorem zahřívá, pokračuje do tepelného výměníku (kondenzátoru), kde kondenzuje na kapalinu a přes expanzní ventil se vrací do plynného skupenství, v němž bylo na začátku cyklu.

Podrobně celý proces vysvětluje Karel Náprstek, expert na tepelná čerpadla: 

Teplonosné médium (chladivo) se vypařuje v místě, odkud teplo odebíráme (výparník). Toho docílíme snížením tlaku (v expanzním ventilu), aby teplota odpařování klesla pod teplotu venkovního vzduchu. Při odpařování odebírá chladivo energii z okolního prostředí a uchovává ji v sobě. Nyní je chladivo v plynném skupenství s naakumulovanou energií. 

Aby mohl plyn zkondenzovat a odevzdat tak svoji energii do otopné vody, musíme zvýšit jeho teplotu nad teplotu kondenzace a zároveň nad teplotou otopné vody, kterou chceme ohřívat. Toho docílíme v kompresoru, kde zvýšíme tlak, a tím i teplotu chladiva. Tak vzniká sytá pára. V této fázi do okruhu dodáváme elektrickou energii. V kondenzátoru dochází ke kondenzaci plynného chladiva a ohřívání topné vody. Odtud odchází sytá kapalina opět do expanzního ventilu a celý proces se opakuje.

Ve videu níže zodpovídá Karel Náprstek nejčastější dotazy zákazníků ohledně tepelných čerpadel:

Monoblok, split nebo vnitřní instalace

Tepelné čerpadlo ´vzduch-voda mívá zpravidla dvě jednotky, přičemž jedna je umístěna uvnitř objektu (vnitřní jednotka neboli hydrobox) a druhá venku (venkovní jednotka). Ale existují také typy určené kompletně pro vnitřní instalaci. Celé zařízení je tak umístěno v budově a s venkovním prostředím je propojeno pomocí vzduchových kanálů. Tato varianta se hodí zejména tam, kde je nedostatek venkovního prostoru (malý pozemek, hustě obydlené oblasti, města).

Typy skládající se ze dvou jednotek mohou existovat ve variantě monoblok nebo split. Monoblok (neboli kompakt) obsahuje všechny komponenty chladicího okruhu (kompresor, výparník, kondenzátor, expanzní ventil, regulační a jistící prvky). Otopná voda se ohřívá přímo v monobloku a potrubím putuje do domu (buď rovnou do topného okruhu nebo do akumulační nádrže). 

U varianty split venkovní jednotka obsahuje téměř všechny součásti chladicího okruhu, ale ne kondenzátor. Ten je umístěn v domě. Potrubím skrz obvodovou zeď tak putuje chladivo (ne otopná voda jako v případě monobloku) a voda se ohřívá až uvnitř domu.

Základní parametry tepelného čerpadla

Zásadní parametr při výběru tepelného čerpadla je jeho výkon. U údaje o výkonu by vždy mělo být uvedeno, za jakých podmínek byl měřen (nejčastěji se udává při teplotě venkovního vzduchu 7 °C a teplotě topné vody 35 °C). Se vzrůstající teplotou topné vody a s klesající teplotou vzduchu výkon tepelného čerpadla klesá. 

Každé tepelné čerpadlo má svůj pracovní rozsah, což znamená, že dokáže pomocí kompresoru vytápět objekt jen do tzv. bodu bivalence. To je taková venkovní teplota, při níž tepelné čerpadlo již není schopno samo dodat potřebný výkon a potřebuje doplňkový (bivalentní) zdroj tepla. Bod bivalence se u kvalitních tepelných čerpadel pohybuje kolem -10 až -15 °C. Doplňkovým zdrojem tepla bývá nejčastěji elektrokotel, přímo vestavěný v tepelném čerpadle. Použít lze ale třeba i předchozí topidlo, například kondenzační plynový kotel, a propojit ho s čerpadlem tak, aby se automaticky spouštěl v případě potřeby.

Dalším důležitým ukazatelem je topný faktor tepelného čerpadla (COP). Ten udává poměr mezi výkonem a příkonem potřebným nejen pro provoz kompresoru, ale i dalších komponent tepelného čerpadla. Čím je výsledek vyšší, tím je tepelné čerpadlo lepší a úspornější.

Tepelné čerpadlo se vždy dimenzuje s ohledem na tepelnou ztrátu domu. Tedy tak, aby pokrylo množství tepelné energie, které uniká z objektu přes zdi, střechu, okna a další stavební prvky.

Další důležité informace o tepelných čerpadlech

Separátor

Další články na téma vytápění domu