Tepelná čerpadla - Země / Voda

FAQ - Tepelná čerpadla

jak tepelné čerpadlo vlastně funguje?

Tepelné čerpadlo přečerpává teplo z nižší teplotní hladiny na vyšší. Děje se tak pomocí chladivového okruhu, který se skládá ze čtyř základních částí: Výparníku, kompresoru, kondenzátoru a expanzního ventilu.

Chladivo, které koluje v chladivovém okruhu tepelného čerpadla, je pracovní látkou, nemrznoucí kapalinou, s nízkým bodem varu. Má vždy nižší teplotu, než je teplota prostředí, ze kterého odebíráme teplo a proto může být ohříváno i při velmi nízkých teplotách okolí. Tím může být buď vzduch, země, nebo voda.

Výparník je výměník tepla, kde je na jedné straně chladivo, na straně druhé okolní prostředí, ze kterého odebíráme teplo, např. vzduch. Vzduch, který je ventilátorem vháněn skrz výparník, ohřívá chladivo a to natolik, že se začne vypařovat. Chladivo, v plynné fázi, koluje do kompresoru, který stlačováním zvyšuje teplotu a tlak chladiva. Horké chladivo následně přechází do kondenzátoru, což je druhý výměník tepla, kde předává teplo otopné vodě. Tedy té vodě, která je v podlahovém vytápění, v radiátorech, apod. Při „odevzdávání“ tepla topné vodě se chladivo začíná ochlazovat a kondenzovat, vrací se zpět do kapalné fáze.

Expanzní ventil pak zaručí snížení tlaku chladiva a vrátí ho do výchozího stavu.

Chladivo v tomto stavu koluje opět do výparníku, ohřívá se od okolního prostředí a celý koloběh začíná od začátku.

Schéma TČ

Topný faktor, neboli COP (z angličtiny Coefficient Of Performance) udává „účinnost“ tepelné čerpadla a je to poměr využitelného tepelného výkonu ku elektrickému příkonu kompresoru. Např. pokud bude výkon tepelného čerpadla 12 kW a příkon kompresoru 3 kW, topný faktor bude COP = 4 (12/3 = 4). Čím vyšší topný faktor je, tím lepší je i „účinnost“ tepelného čerpadla.

Jedná se o hodnotu, která je měřena v laboratoři při speciálně definovaných podmínkách. COP je závislý na rozdílu teplot mezi zdrojem tepla (teplotou prostředí, odkud odebíráme teplo, tedy vzduch, země, nebo voda) a teplotou na výstupu (požadovaná výstupní teplota, kterou chceme mít v radiátorech nebo např. podlahovém vytápění). Čím nižší rozdíl těchto teplot je, tím vyšší je topný faktor. Proto je ideální, když je tepelné čerpadlo provozováno s nízkou výstupní teplotou otopné vody (např. podlahové vytápění). To je i důvod, proč je topný faktor vyšší u zemních tepelných čerpadel. Teplota v zemi je ustálená a většinou vyšší, než je teplota venkovního vzduchu v topné sezóně. Topný faktor se pohybuje cca od 3 do 6, podle typu tepelného čerpadla a podle typu otopné soustavy (radiátory, podlahové vytápění…).

Pro správné pochopení topné faktoru COP bychom měli vědět, co je účinnost.

Účinnost je poměr užitečného výkonu k výkonu přijatému (příkonu). Při ideálních procesech se účinnost rovná 1. Technické procesy jsou však stále propojeny se ztrátami, a proto jsou účinnosti technických zařízení vždy nižší než 1. Tepelná čerpadla získávají velkou část energie z okolního prostředí. Tato část se nepovažuje za přivedenou energii, protože je zadarmo. Pokud by účinnost byla počítána za těchto podmínek, byla by větší, než 1. Jelikož taková hodnota účinnosti není technicky správná, byl pro tepelná čerpadla ke stanovení poměru užitečné energie k energii vynaložené (v tomto případě čisté pracovní energii) zavedený topný faktor (COP).

Sezónní topný faktor, SCOP, (Seasonal Coefficient Of Performance) je průměrný topný faktor pro celou topnou sezónu. Zohledňuje výskyt a trvání venkovních teplot a hodnoty COP při těchto podmínkách. Hodnota SCOP je závislá na tepelné ztrátě objektu, otopné soustavě (nízkoteplotní soustava 35 °C, nebo vysokoteplotní soustava 55 °C) a klimatických podmínkách. Standardní klimatické podmínky jsou tři – teplejší, průměrné (platí pro ČR) a chladnější.

V první řadě je nutné znát tepelnou ztrátu objektu. Tato hodnota se počítá pro venkovní výpočtovou teplotu, což je předpokládaný extrém, pro Prahu je to -12 °C, pro Benešov je to už -15 °C. Velice tedy záleží i na lokalitě.

Také záleží na vnitřních požadovaných teplotách, standardně se počítá s 20 °C, ale pro někoho je tato teplota již nekomfortní a vyžaduje teplotu vyšší. Zvýšením vnitřní teploty se i zvýší tepelná ztráta. Důležitou roli hraje i zateplení objektu, výměna oken apod. Nejčastější teploty v zimě v ČR se pohybují od +5 do -5 °C a uvažovaný extrém nastane jen na několik dní v roce. V tomto období tepelnému čerpadlu pomůže bivalentní zdroj tepla, zpravidla se jedná o integrovaný elektrický kotel ve vnitřní jednotce. Není tedy nutné, aby výkon kompresoru tepelného čerpadla plně pokrýval tepelnou ztrátu při venkovní výpočtové teplotě. Ideální je, aby se bod bivalence, pohyboval v rozmezí -4 až -7 °C. Bod bivalence je venkovní teplota, od které si tepelné čerpadlo pomáhá záložním zdrojem, ať už je to elektrický nebo plynový kotel.

V první řadě je nutné znát tepelnou ztrátu objektu. Tato hodnota se počítá pro venkovní výpočtovou teplotu, což je předpokládaný extrém, pro Prahu je to -12 °C, pro Benešov je to už -15 °C. Velice tedy záleží i na lokalitě.

Také záleží na vnitřních požadovaných teplotách, standardně se počítá s 20 °C, ale pro někoho je tato teplota již nekomfortní a vyžaduje teplotu vyšší. Zvýšením vnitřní teploty se i zvýší tepelná ztráta. Důležitou roli hraje i zateplení objektu, výměna oken apod.

Nejčastější teploty v zimě v ČR se pohybují od +5 do -5 °C a uvažovaný extrém nastane jen na několik dní v roce. V tomto období tepelnému čerpadlu pomůže bivalentní zdroj tepla, zpravidla se jedná o integrovaný elektrický kotel ve vnitřní jednotce. Není tedy nutné, aby výkon kompresoru tepelného čerpadla plně pokrýval tepelnou ztrátu při venkovní výpočtové teplotě. Ideální je, aby se bod bivalence, pohyboval v rozmezí -4 až -7 °C.

Bod bivalence je venkovní teplota, od které si tepelné čerpadlo pomáhá záložním zdrojem, ať už je to elektrický nebo plynový kotel.

Záleží na možnosti zhotovení primárního okruhu. U tepelného čerpadla země/voda se bavíme o zemních plošných kolektorech nebo zemních sondách – vrtech.

  • Vrty – na zahradu prostorově nenáročné, je nutné udělat geologický posudek, zda je Vaše lokalita pro vrty vhodná. V letních obdobích je možné s vrty objekt chladit. Teplotní podmínky jsou zde ustálené a dosahuje se zde nejvyšších topných faktorů. Životnost vrtů zpravidla přesáhne životnost samotného tepelného čerpadla, jedná se tedy spíše o investici do nemovitosti. Až po letech bude nutné vyměnit tepelné čerpadlo, vymění se pouze technologie, vrt zůstává. Nevýhodou tohoto řešení je cena, jedná se o cca 950 Kč/m vrtu.
  • Zemní plošné kolektory – jedná o prostorově náročnější řešení, orientačně lze říci, že je nutné počítat s plochou kolektoru 2,5 - 3x vytápěné plochy objektu. Na tuto plochu není možné vysázet rostliny s hlubokými kořeny a nelze s tímto řešením chladit objekt. Ale podmínky v nezámrzné hloubce jsou ustálené a topný faktor je výrazně vyšší, než u tepelných čerpadel vzduch/voda. Toto řešení je ideální např. pro novostavby, kdy se spolu se základem objektu zároveň vybagruje plocha i na plošný kolektor.
  • Vzduch/voda – toto provedení se instaluje nejčastěji a to především z důvodu jednoduché instalace a nenáročnosti na prostor. Tato tepelná čerpadla se dají instalovat téměř všude, velkou nevýhodou je případná hlučnost venkovní jednotky a je tedy nutné myslet na její umístění tak, aby nerušila jak investora, tak sousedy. Další nevýhodou je nestálé prostředí okolního prostředí, které se pohybuje od 30 do -20 °C a s tím úzce souvisí i topný faktor. Výhodou těchto tepelných čerpadel je nižší investice.

S tepelným čerpadlem je to podobné jako s autem. Pokud se o něj dobře staráte, může být jeho životnost i přes 15 let. Doporučujeme, aby byla provedena servisní prohlídka každý rok. Dají se tak odhalit možné provozní potíže, které vedou ke snížení životnosti stroje.

Pravidelná prohlídka by měla obsahovat tyto úkony:

  • 1. Odstrojení zařízení
  • 2. Vyčištění výparníku, kondenzační vany a odpadního potrubí pomocí tlakového vzduchu resp. tlakové vody
  • 3. Zkouška odtoku kondenzátu ze záchytné vany, kontrola funkce topného kabelu v odpadním potrubí
  • 4. Kontrola lopatek ventilátoru
  • 5. Kontrola elektroinstalace, vizuální (zda nedošlo k narušení zaizolování vlivem škůdců, fyzická (dotažení jistících šroubů ve svorkovnicích).
  • 6. Vizuální kontrola izolací
  • 7. Kontrola nastavení regulace v servisní a uživatelské rovině
  • 8. Vyčištění filtrů na straně topné vody
  • 9. Kontrola rozdílů teplot při topení do jednotlivých odběrných míst resp. ohřevu teplé vody v zásobníku resp. ohřevu bazénu je-li přítomen
  • 10. Optimalizace nastavení regulace na základě přání zákazníka resp. provozovatele zařízení

Servisní prohlídku smí provádět pouze proškolená firma. Pokud si nejste jisti, jestli je Váš servisní technik proškolený, nebo zatím žádného nemáte, nahlédněte do našeho vyhledávače .

Nebo nás kontaktujte na backovska@buderus.cz .

Schéma TČ

Každý výrobce by měl u výkonů a topných faktorů udávat podmínky, při kterých byly hodnoty měřeny a normy, ze kterých se vycházelo.

Nejčastěji se můžete setkat s hodnotami: Pro tepelná čerpadla vzduch/voda: A7/W35, A2/W35, A-7/W35

Hodnota „A“ udává teplotu venkovního vzduchu

Hodnota „W“ udává teplotu vody na výstupu.

W35 je nízkoteplotní otopná soustava (např. podlahové vytápění).

Čím je vyšší teplota venkovního vzduchu, tím vyšší je výkon tepelného čerpadla.

Můžete se setkat s normou EN 14 511, která udává výkon při 100% výkonu tepelného čerpadla, nebo s normou EN 14 825.

Tato norma udává hodnoty při částečném zatížení, tedy pro A7/W35 40 % výkonu, A2/W35 60 % výkonu, A-7/W35 100 % výkonu. Je tedy rozdíl zda výkon pro A2/W35 uveden dle normy EN 14 511 a EN 14 825.

U zemních tepelných čerpadel se setkáte s označením B0/W35 (pozn. B z angl. Brine, tedy solanka).

Pokud si nebudete jistí s porovnáním, neváhejte kontaktovat naší technickou podporu, která Vám ráda poradí.

Tepelné čerpadlo je nízkoteplotní zdroj tepla a nemůže vyrobit tak vysokou teplotu, jako např. plynový, nebo elektrický kotel. Potřebuje tedy zásobník s velkou teplosměnnou plochou výměníku, aby bylo schopné přenést potřebný výkon během přípravy ohřevu TV. S největší pravděpodobností máte zásobník pro kotel s malou teplosměnnou plochou a není možné ho použít pro ohřev TV s tepelným čerpadlem.

Velice záleží, s jakou teplotou otopnou soustavu provozujete. U tepelných čerpadel je možné maximálně vytápět s teplotou 55 °C. Čím nižší je teplota v otopné soustavě, tím vyšší je topný faktor a tím rychlejší je pak i návratnost investice. Pokud např. v zimě při mínusových teplotách musí mít teplota vody v radiátorech alespoň 60 °C a víc, abyste měli doma komfortní teplo, s největší pravděpodobností budete muset buď zvětšit plochu radiátorů, nebo snížit tepelnou ztrátu – tedy zateplit, vyměnit okna, apod.

Tepelná čerpadla se používají zejména v oblastech, kde není plynová přípojka. Zde je s největší pravděpodobností kotel na tuhá paliva, tepelné čerpadlo nebo elektrický kotel. Tepelná čerpadla jsou vhodná pro novostavby a nízkoteplotní otopné soustavy, jako je podlahové vytápění. Lze je ale samozřejmě použít i do rekonstruovaných objektů s otopnými tělesy při dodržení výše popsaných podmínek.

Prioritou je, aby hluk venkovní jednotky neobtěžoval ani Vás, ani sousedy. Ideální je tedy umístit jednotku směrem do ulice. Tam většinou nejsou okna ložnic ani Vaše a Vašich sousedů a je zde vyšší hluk silnice. Na tepelné čerpadlo by nemělo svítit přímé slunce.

Pokud není možné tepelné čerpadlo z jakýchkoliv důvodů umístit ven, můžete si pořídit buď zemní tepelné čerpadlo, nebo vzduchové tepelné čerpadlo určené pro vnitřní umístění. Jedná se o Logatherm WLW196i IR. Veškerá technologie je uvnitř objektu. Vzduch se nasává a vyfukuje pomocí vzduchových kanálů, na fasádě je ale nutné mít 2 průchody.

Pravděpodobně se při výběru tepelného čerpadla setkáváte s různým označením typů tepelných čerpadel.

Základní rozdělení je podle uzpůsobení chladivového okruhu:

Kompakt

  • chladivový okruh je hermeticky uzavřený již z výroby, veškeré prvky chladivové okruhu jsou v jednotce tepelného čerpadla, z této jednotky vystupuje přímo topná voda.

Split

  • chladivový okruh je rozdělený, část chladivového okruhu je ve venkovní jednotce, část je ve vnitřní jednotce. Obě tyto jednotky jsou propojeny chladivem. Toto dopojení musí udělat na místě instalace technik chladírenského zařízení – chlaďař. Tento technik není nutný u instalace kompaktních tepelných čerpadel.

Další rozdělní může být podle řízení kompesoru.

Start/stop (známé také jako on/off)

  • tepelné čerpadlo je v provozu buď na 100 % výkonu, nebo je vypnuté. V tomto provozu je vždycky nutná akumulační nádrž na topnou vodu. Tepelné čerpadlo je v provozu tak dlouho, dokud není akumulace nahřátá na požadovanou teplotu. Oproti invertorům mají tato tepelná čerpadla více startů, jsou však velice spolehlivá.

Invertor

  • invertor je frekvenční měnič otáček, v praxi to znamená, že je kompresor díky invertoru řízen podle aktuální potřeby tepla. Přizpůsobuje si výkon ve 20 krocích. Tepelné čerpadlo má méně startů oproti start/stopovým TČ
.

Akumulace slouží pro topnou vodu. Je nutná v systémech, kde je tepelné čerpadlo start/stop. Pokud je instalované invertorové tepelné čerpadlo, nutná není, ale je zde několik podmínek, které musejí být dodrženy.

  • 1. Ve vytápěném objektu je aspoň jeden nesměšovaný okruh, ideálně podlahové vytápění, k dispozici je bez uzavíratelných pohonů alespoň 22 m2 podlahové otopné plochy
  • 2. Je vytvořen bypass neboli obtok. Slouží k hydraulickému oddělení mezi oběhovým čerpadlem ve vnitřní jednotce a oběhovým čerpadlem pro okruh vytápění.
  • 3. V referenčním prostoru je umístěný prostorový regulátor RC100 nebo RC100 H.

Pokud je otopná soustava tvořena převážně radiátory, akumulační zásobník doporučujeme vždy. Během režimu odtávání (u vzduchových tepelných čerpadel naprosto běžný jev) potřebuje tepelné čerpadlo energii z otopné soustavy. Pokud není instalovaný akumulační zásobník a jsou zde radiátory, uživatel téměř okamžitě pozná pokles teploty vody v radiátorech, ke kterému při odtávání dojde a může nastat tepelná nepohoda. Pokud akumulace nainstalovaná je, tepelné čerpadlo si vezme energii z ní, nikoliv z radiátorů. U podlahového vytápění trvá změna teploty v prostoru několik hodin. Pokud tedy tepelné čerpadlo odtává a v otopné soustavě na několik minut poklesne teplota vody, uživatel nic nepozná.

Nemůžete si vybrat?

Vyzkoušejte náš nový průvodce produkty