Tepelná čerpadla – energie přímo od Slunce

Sluneční záření ohřívá planetu Zemi nerovnoměrně a někdy se zdá, že i nedostatečně. Tzv. nízkopotenciálové teplo okolního prostředí však můžeme využívat pomocí tepelných čerpadel k plnohodnotnému vytápění domů a bytů. Princip se již dlouhá léta využívá v chladících zařízeních. Chladnička odebírá teplo potravinám a předává ho do místnosti svojí zadní černou mřížkou. Podobně tepelná čerpadla odebírají teplo půdě, vodě nebo okolnímu vzduchu. Kolikrát více tepla získáme ze „spálené“ elektrické energie nazýváme topným faktorem a obvykle je v rozmezí 2 – 5. Používání tepelných čerpadel je výhodné v kombinaci s nízkoteplotním vytápěcím systémem např. podlahovým vytápěním.

Tepelná čerpadla vzduch – voda

Tepelná čerpadla vzduch – voda

Čerpadla vzduch – voda jsou nejsnadněji zabudovatelná a také investičně nejméně náročná. Silnou stránkou a zároveň slabinou těchto tepelných čerpadel je závislost na teplotě okolního vzduchu. Po většinu topné sezóny pracují výborně, v mrazech pod -15 °C jejich účinnost a výkon klesají natolik, že většinu topného výkonu musí převzít vestavěný elektrický zdroj tepla. Tepelná čerpadla vzduch - voda využívají tepelnou energii obsaženou v okolním vzduchu, jsou určena pro umístění venku a je možné je připojit na existující topný systém s radiátory. Tak získáme kompletní vytápěcí systém s vynikajícím vlastnostmi.

Popis funkce

U tepelného čerpadla vzduch – voda dochází k přenosu tepelné energie ze vzduchu do chladiva ve výparníku. Chladivo, jehož nejdůležitější vlastností je nízký bod varu, cirkuluje v uzavřeném okruhu tepelného čerpadla. Ve výparníku přijme chladivo energii ze vzduchu a přejde do plynného stavu. Vzniklý plyn je veden do kompresoru, kde je stlačen a tím se dále zvýší jeho teplota. Ohřáté chladivo se dále vede do kondenzátoru, kde předá energii topnému médiu. Tím se teplota chladiva sníží a to přejde opět do kapalného stavu. Chladivo poté přechází přes filtry do expanzního ventilu, kde se dále sníží jeho tlak a teplota. Tím dokončilo chladivo při svém oběhu jeden kompletní cyklus a znovu se vede do výparníku, kde díky teplu přijatému ze zdroje energie (vzduchu) opět přejde do plynného stavu.

Ventilační tepelná čerpadla

Ventilační tepelná čerpadla

Správná ventilace, tedy zcela hygienicky nezávadný vzduch uvnitř budovy, je základním požadavkem pro zdravé domácí prostředí. Při řízeném větrání s využitím tepla obsaženého ve vypouštěném vzduchu (tzv. rekuperace tepla) se využívá energie obsažené ve ventilačním vzduchu, který by byl jinak bez užitku vypouštěn ven. Navíc se při rekuperaci využívá i teplo generované uvnitř budovy svítidly, osobami či domácími spotřebiči.

Čerstvý vzduch se do budovy přivádí z venku ventilačními průduchy, které je možné čistit. Průtok vzduchu domem je zajištěn buď pod dveřmi nebo pomocí systému ventilačních otvorů. Teplý vzduch z místností (odpadní ventilační vzduch) je nasáván do ventilačního systému. Dále je veden do tepelného čerpadla, kde probíhá proces rekuperace. Po průchodu tepelným čerpadlem je vzduch vypouštěn ven. Ještě předtím však z něj v procesu rekuperace stačilo tepelné čerpadlo odejmout dostatek energie pro ohřev vody.

Popis funkce

Vzduch z místností o pokojové teplotě prochází přes výparník, kde předá svoji tepelnou energii chladivu. Pak je ochlazený vzduch vyfukován ven do volného prostoru. Chladivo, jehož nejdůležitější vlastností je nízký bod varu, cirkuluje v uzavřeném okruhu tepelného čerpadla. Když vstoupí do výparníku, kde získá energii z teplého vzduchu z místností, přejde chladivo do plynného stavu. Vzniklý plyn je veden do kompresoru, kde je stlačen a tím se dále zvýší jeho teplota. Ohřáté chladivo se dále vede do kondenzátoru, kde předá energii topnému médiu. Tím se teplota chladiva sníží a to přejde opět do kapalného stavu. Chladivo poté přechází přes filtry do expanzního ventilu, kde se dále sníží jeho tlak a teplota. Tím dokončilo chladivo při svém oběhu jeden kompletní cyklus a znovu se vede do výparníku, kde díky teplu přijatému ze zdroje energie (vzduchu) opět přejde do plynného stavu.

Tepelná čerpadla země – voda

Čerpadla země – voda jsou spolehlivým zdrojem levné tepelné energie, která je čerpána z asi 100 m hlubokých vrtů, nebo z plošných potrubních kolektorů uložených více než metr pod povrchem půdy. Poněkud náročnější zemní práce související se zabudováním tepelného čerpadla země - voda jsou vyváženy dlouhou životností a zdrojem tepla, který je i v těch nejkrutějších mrazech stálý.

Popis funkce

Ve výparníku (výměníku tepla) dochází k přenosu energie z primárního média do chladiva. Chladivo získáním tepla z primárního média přechází do plynného stavu a přechází do kompresoru, kde je stlačeno a tím se dále zvýší jeho teplota. V kondenzátoru (výměníku tepla) se chladivo ochladí a přejde opět do kapalného stavu. Jeho energie se zde předala topnému médiu, které slouží k vytápění, systému ohřevu vody nebo ohřevu vzduchu. Expanzní ventil reguluje průtok chladiva okruhem a udržuje tak tlakový rozdíl mezi jeho vysokotlakou a nízkotlakou částí.

Hlubinný vrt

Hlubinný vrt

Ve spodní podpovrchové vrstvě půdy, tzv. „podpovrchové geotermální vrstvě“ se skrývá zdroj tepla, který je možno využívat celoročně, protože má v podstatě konstantní teplotu. je možno jej využívat pro jakýkoli typ budovy, velkou či malou, veřejnou či soukromou. V různých oblastech je též tento způsob nazýván „vrt, kolektor ve vrtu, vertikální kolektor“. Vyžaduje minimum prostoru a hlubinný vrt je možno provést i na nejmenších parcelách. Proto představuje nejlepší řešení při přechodu od vytápění fosilními palivy na vytápění geotermální energií. Stejně jako u plošného kolektoru v uzavřeném systému cirkuluje nemrznoucí směs (směs vody s prostředkem proti zamrzání). Podle projektovaného výkonu vašeho tepelného čerpadla vám specializovaná firma určí hloubku a počet vrtů, do nichž se pak uloží plastové hadice vytvarované do tvaru písmene U. Hadice se zasypou a upěchují, aby bylo dosaženo dokonalého přenosu tepla.

Plošný kolektor

Plošný kolektor

Během léta slunce prohřívá povrchovou vrstvu půdy. Teplo se v půdě akumuluje buď přímou absorpcí nebo se do ní dostává prostřednictvím dešťových srážek nebo přenosem ze vzduchu. Použití této energie pro vytápění přináší značné provozní úspory. Nejvyšší výtěžnost tepelné energie se dosahuje z půdy s vysokým obsahem vody. Teplo se z půdy získává pomocí do země uložených plastových hadic. V hadicích cirkuluje nemrznoucí směs, která neohrožuje životní prostředí. Půda nad zemními kolektory nesmí být za žádných okolností neprodyšně zakryta například budovami, asfaltem nebo betonem.

Pro instalaci zemních kolektorů není třeba povolení. Doporučuje se uložení asi o 20 cm pod úroveň nezámrzné hloubky.

Tepelná čerpadla voda – voda

Tento typ tepelných čerpadel funguje tak, že se odebírá voda ze sací studny a po ochlazení se vypouští do druhé, takzvané vsakovací studny. Podmínkou je geologicky vhodné podloží, které umožní čerpání i vsakování. Ochlazenou vodu lze za určitých podmínek vypouštět i do potoka nebo jiné vodoteče. Zdroj podzemní vody však musí být dostatečně vydatný (přibližně 15 - 25 l/min pro TČ s výkonem 10 kW). Vhodných lokalit je velmi málo, takže toto řešení tepelného čerpadla voda – voda se v praxi příliš nepoužívá.

Spodní voda

Tepelná čerpadla voda – voda

Pokud je k dispozici snadno přístupná spodní voda, je možné ji využít jako zdroje tepla, protože její teplota se udržuje během celého roku mezi 7 a 12 °C. Nedoporučujeme však čerpat vodu pro účely vytápění jednogeneračních a dvougeneračních rodinných domků z hloubky větší než 15 m. Pak se již toto řešení stává neúměrně nákladným.

Je třeba dodržet vzdálenost 10 až 15 m mezi sací studnou a vsakovací studnou a dále je třeba posoudit směr toku spodní vody, aby nedošlo k tzv. „zkratování průtoku vody“. Tato instalace vyžaduje povolení a musí splňovat příslušné předpisy. Optimální ochrany dosáhneme použitím vloženého výměníku mezi okruhem spodní vody a tepelným čerpadlem.