Tepelné čerpadlo

Co je tepelné čerpadlo?

Jde o zařízení k získávání využitelné tepelné energie získané z nízkopotencionálních zdrojů tepla. Tohoto tepla je kolem nás obrovské množství. Ke svému provozu potřebuje určité množství energie. Obvykle elektrické.

Proč se vžil název tepelné čerpadlo?

Tepelné čerpadlo teplo nevyrábí, ale pouze přečerpává. Odebírá teplo z venkovního prostředí a čerpá ho dovnitř.

Tepelné čerpadlo

Co je to COP (Coefficient of Performance)?

Jedná se o tzv. topný faktor. Je to bezrozměrné číslo, které udává poměr tepelného výkonu k příkonu. Toto číslo je vždy vyšší než 1.

Historie tepelného čerpadla

Princip funkce tepelného čerpadla formuloval v roce 1852 William Kelvin. Vycházel přitom z úvahy S. N. L. Carnota, který v roce 1824 publikoval “Úvahy o hybné síle ohně a strojích vyvolávajících tuto sílu”. Během 19. století probíhaly první pokusy o sestrojení strojů pracující s touto myšlenkou. V roce 1834 sestrojil pan Perkins zařízení pracující s dietyléterem a v roce 1859 vzniklo první zařízení na absopčním principu pracující se čpavkem. Jako první chladiva byla používána voda, dietyéter, metyléter, metylchlorid, kysličník uhličitý nebo siřičitý. Teprve počátkem 20. století se rozšířilo používání chladící techniky i do domácnosti. První prakticky použitelný systém tepelného čerpadla byl uveden do provozu v roce 1924 ve Švýcarsku. Širšímu využití tepelných čerpadel vadila vysoká cena v poměru k nízkým cenám za energie. Rozšiřování tepelných čerpadel začalo až v 80. letech. U nás vyráběl tepelná čerpad n.p. Frigera Kolín.

Princip funkčnosti tepelného čerpadla

Tepelné čerpadlo pracuje na základě fyzikálních zákonů termodynamiky.

Druhý zákon termodynamiky

Teplo nemůže při styku dvou těles různých teplot samovolně přecházet z tělesa chladnějšího na těleso teplejší.

A tento zákon je důvodem, proč se pro přenos tepelné energie z chladnějšího do teplejšího prostředí musí použít tepelné čerpadlo. To odebírá teplo z primárního prostředí (vzduch, voda, země) mimo dům. K přenosu tepla se využívá chladivo, které má nižší teplotu než primární prostředí. Chladné okolní prostředí předá svou, byť nízkou, tepelnou energii chladivu prostřednictvím fázové přeměny. Poté dojde ke stlačení daného chladiva v kompresoru. Teplo vzniklé v kondenzátoru při fázové přeměně chladiva je předáno do topné vody. Poté se celý cyklus opakuje.

  • Rozdělení tepelných čerpadel

  • Tepelné čerpadlo vzduch / voda

  • Tepelné čerpadlo země / voda

  • Tepelné čerpadlo voda / voda

  • Tepelné čerpadlo vzduch / vzduch

  • Tepelné čerpadlo bazénové

Dle zdroje nízkopotencionálního tepla a přenosu dělíme tepelná čerpadla na:

  • Vzduch - voda
  • Vzduch - vzduch
  • Voda - voda
  • Země - voda

Dle řízení kompresoru:

  • Start / stop
  • Inverterové

Dle elektrického připojení:

  • 1fázové (230V)
  • 3fázové (380V)

Dle konstrukce:

  • Kompaktní
  • Splitové

Tato čerpadla můžeme rozdělit dle konstrukce na kompaktní a splitové.

Kompaktní tepelné čerpadlo: tvoří jeden ucelený celek. Kondenzátor, kompresor a výparník je pohromadě v jedné konstrukci a tepelné čerpadlo je přímo napojeno na rozvody topné vody.

Výhody: Lepší technické parametry (CoP, hlučnost), lepší design, ve vnitřní variantě - může být umístěno uvnitř objektu (zamezení hluku ve vnějším prostředí).

Nevýhody: Vyšší cena, v případě dlouhodobého výpadku elektriky může dojít k zamrznutí.

Splitové tepelné čerpadlo: systém je rozdělen na dvě části, které jsou propojeny chladivovým potrubím. Zpravidla bývá výparník a kompresor umístěn vně objektu a kondenzátor uvnitř. 

Výhody: Nižší cena, v případě výpadku elektrické energie nemůže dojít k zamrznutí venkovní jednotky.

Nevýhody: Horší výkonové parametry proti kompaktní jednotce, neestetické provedení.

Primárním zdrojem tepla pro tepelné čerpadlo je vzduch, který prochází přes lamelový trubkový výměník, který je doplněn ventilátorem pro zlepšení přenosu tepla ze vzduchu. Tato čerpadla jsou poměrně jednoduchá na instalaci, jejich nevýhodou je klesající CoP i výkon s klesající teplotou venkovního vzduchu. Z tohoto důvodu se tato čerpadla navrhují zpravidla na 70 % tepelné ztráty objektu při nejnižších teplotách a jsou doplněná malým průtokovým elektrokotlem. Při nižšší teplotách vynahrazuje chybějící výkon čerpadla. To se zpravidla úplně vypíná při teplotách -10 °C případně nižších. Poté nahrazuje elektrokotel tepelné čerpadlo kompletně. K tomuto vypínaní dochází z důvodu, že CoP je natolik nízké, že se ekonomicky nevyplatí chod TČ. Chod bivaletního zdroje pokrývá cca 5 - 10 % otopné sezóny.

Tato čerpadla můžeme rozdělit podle toho odkud je bráno teplo na primární straně tepelného čerpadla.

Vrt (vertikální zemní kolektor)

Ve své podstatě se jedná o výměník z plastových trubek, který je vnořen do hlubokého vrtu, zpravidla 80 - 120 m a pruměr 150 mm. Hloubka vrtu se odvíjí podle požadovaném výkonu a geologické situaci v místě vrtu. Aby docházelo k dobrému přenosu tepla a z důvodu, že tlak může být v dolní části potrubí i 1,2 MPa, musí být okolí potrubí vyplněno speciální plastickou hmotou. Počet vrtů je opět odvozen dle požadovaného výkonu a geologického podloží. Pro nadimenzování vrtů a jejich umístění platí přesně dané podmínky dané legislativou a technickými možnostmi.
Výhody: stabilní CoP, minimální zábor v případě instalace, dlouholetá životnost (za podmínek správného navržení)
Nevýhoda: cena, pomalá regenerace (regeneruje se geotermálním teplem)

Plošný kolektor (vodorovný zemní kolektor)

Plošné kolektory se pokládají buď v podobě rovné trubky, které se pokládají cca do hloubky 1,2 - 1,5 m do výkopu o šířce 0,5 - 0,8m s roztečí výkopů 2 m. Velikost plochy takového zemního kolektoru je cca 3x a 4x větší než je plocha vytápěná.
Další způsob pokládání plošného kolektoru jsou tzv. slinky H nebo V. Jedná se defakto o svinuté kolo PE hadice , které je jen roztaženo. Při roztahování se vznikající smyčky v místech křížení svazují. Slinky v provední H - horizontální se ukládají do výkopu širokého 1 m a hlubokého 1,2 - 1,5 m s roztečí výkopů 4 - 5 m nebo svisle do úzkého asi 0,4 m a hlubokého výkopu 2 - 2,5 m v provedení V - vertikální s roztečí 3 - 4 m.
Výhody: stabilní CoP, nízká cena, rychlá regenerace (regeneruje se energií ze slunce a povrchové vody)
Nevýhody: instalace náročná na zemní práce


Volba druhu kolektoru vždy záleží na dané lokalitě, tvaru pozemku, geologických podmínkách a potřebném výkonu.

Při správném dimenzování jde o nejlepší primární zdroj nízkopotenciálního tepla. Dá se očekávat, že výkon, potažmo CoP, je poměrně stabilní.

Odběr tepla z vody může být:
Přímý odběr z tekoucí vody - jedná se o řeky, rybníky, potoky nebo dvě studny. Pro správný chod musí být zajištěn větší průtok. V případě studen je nutné zajištění čerpací zkoušky. Musí být studna sací a vsakovací a ve stejném podzemním toku.
Nepřímý odběr tepla z tekoucí nebo stojaté vody - pomocí kolektoru se odebírá teplo z řeky, či rybníka. Výhodou je, že nedochází k zamrznutí primární strany tepelného čerpadla. Nevýhodou, že v případě porušení kolektoru může dojít k znečištění toku.

Tato tepelná čerpadla jsou vždy splitová. Jsou konstrukčně odlišná od ostatních tepelných čerpadel a to z důvodu, že teplo je přímo předávané do vzduchu. K jedné venkovní jednotce může být jedna vnitřní jednotka (split) nebo více vnitřních jednotek (multisplit).
Propojení venkovní a vnitřní (vnitřních) jednotek je provedeno Cu potrubím, které vede chladivo a získané teplo je napřímo předáváno do vzduchu v objektu respektive do místnosti kde je jednotka instalována. Tato tepelná čerpadla se hodí do objektu s minimální tepelnou ztrátou, chat a prostor, které je nutné temperovat. Dají se využít i pro přímé chlazení vzduchu v daném prostoru (pak fungují jako klimatizace).

Pro ohřev bazénové vody se používají tepelná čerpadla vzduch/voda. Teplo je z kondenzátoru napřímo předáváno do bazénové vody. Tepelné čerpadlo je vzsazeno do filtračního okruhu bazénové filtrace a proudění vody přes kondezátor zabezpečuje bazénová filtrace.

Ta je spouštěna samotným tepelným čerpadlem a to v případě, že na teplotním čidle bazénové vody není dosaženo požadované teploty. 

Výhody: tepelné čerpadlo může být umístěno poblíž bazénové technologie, jednoduchá instalace, je možná jeho demontáž a uskladnění mimo sezónu, rychlá reakční doba a dobrá regulace ohřevu bazénové vody

Nevýhody: nelze na něj získat sazbu u rozvodných závodů

800 88 77 22