Vysoké schopnosti nízkého potenciálu (2)

Tepelné čerpadlo obsahuje pracovní médium, takzvané chladivo, jehož nejdůležitější vlastností je schopnost odpařování i při velmi nízkých teplotách. Pokud se k tomuto médiu přivede zdroj tepla, kterým je vzduch, voda nebo zem, dojde k odpaření chladiva a jeho přeskupení do plynného stavu. Plynné chladivo poté nasaje kompresor a stlačí jej, čímž zvýší jeho teplotu. Poté je plyn veden do kondenzátoru, zde se médium ochlazuje a předává teplo. Právě toto teplo se pak využívá pro vytápění domu, ohřev užitkové vody nebo například bazénů. Po zchlazení médium zkapalní a celý proces se opakuje. Díky tomuto principu je často tepelné čerpadlo nazýváno obrácenou ledničkou (lednice teplo naopak odebírá).
K pohonu čerpadla je pochopitelně nutná elektrická energie. Získaný výkon proti vynaloženému příkonu charakterizuje takzvaný topný faktor tepelného čerpadla, který je ovlivněn teplotou zdroje tepla a teplotou, při které se teplo spotřebovává. Poměr vynaložené energie ku energii získané se u některých typů čerpadel pohybuje až okolo 1:5,5.

Vytápí chladný vzduch
Pokud tepelné čerpadlo využívá jako zdroj tepla vzduch, jde o typ označovaný běžně jako vzduch-voda – teplo ze vzduchu je předáno vodě do topného systému. Při představě podzimních plískanic a prvních sněhových přeháněk se může jevit využití vzduchu pro vytápění jako těžko pochopitelné, tepelná čerpadla jsou však schopna díky výše popsanému principu odebrat teplo i vzduchu o teplotě -15 až -20°C a ohřát vodu v topném systému až na 65°C. Obrovská výhoda tohoto typu tepelného čerpadla je se projeví zejména při instalaci: nevyžaduje totiž další související výkopové práce, jako je hloubení vrtů nebo pokládání podzemních kolektorů, takže je zejména vhodné pro instalaci do stávajících domů. Čerpadlo je i velmi skladné, takže jej lze instalovat například do garáže nebo komory. Protože vzduch lze považovat za nejméně efektivní zdroj tepla pro tepelné čerpadlo, poměrně významně u tohoto typu klesá v zimním období topný faktor. Čerpadlo je sice schopné odebrat teplo i velmi chladnému vzduchu, ovšem čím je vzduch chladnější, tím méně tepla z něj odebírá. Nejméně tepla tedy vzduch poskytuje v zimě, kdy naopak uživatel čerpadla potřebuje tepla co největší množství. Proto se tepelné čerpadlo vzduch-voda kombinuje nejčastěji s elektrickým kotlem, který vypomáhá s vytápěním při velmi chladných dnech. Nižší účinnost a nutnost instalace dalšího výkonného topného média je kompenzována nižší pořizovací cenou čerpadla. Porovnat výkon a pořizovací náklady už musí investor nejlépe za pomoci výrobce nebo prodejce sám. Jeví-li se čerpadlo vzduch-voda jako neefektivní řešení, lze zvolit jiný typ, například voda-voda.

S vodou netroškařit
Jak obecně vžité označení napovídá, toto čerpadlo využívá jako zdroj tepla vodu, konkrétně podzemní. Ta si totiž v dostatečné hloubce udržuje i v chladných zimních dnech teplotu okolo 10 °C.  Navíc tato teplota se v průběhu roku příliš nemění, takže topný faktor tepelného čerpadla si udržuje přibližně konstantní hodnotu. Jedna vynaložená kilowatthodina nutná pro provoz čerpadla nám umožní v případě tohoto řešení získat okolo pěti kilowatthodin. Systém voda-voda ale klade poměrně značné nároky na množství vody. Mluvíme-li v konkrétních číslech, je nutné čerpadlu zajistit „přísun“ dvou až tří kubických metrů vody za hodinu, a to v dostatečné kvalitě, aby se systém nezanášel nečistotami. Přečerpaná voda navíc nemůže být vypouštěna do stejného vrtu, z jakého byla vyčerpána, ale do druhé, dostatečně vzdálené studně (okolo dvaceti metrů). Takové nároky tepelného čerpadla mohou například ohrozit hladinu vody ve studních sousedů, proto je velmi důležité dobře znát charakteristiku podzemní vody nejen v místech vrtů, ale i v jejich okolí. Tu lze zjistit čerpacími zkouškami. Jako zdroj vody pro účely tepelného čerpadla lze ale využít také například rybník či jezero, samozřejmě se souhlasem a patřičným povolením vodohospodářského orgánu.

Vertikálně nebo horizontálně
Asi nejpoužívanějšími typy tepelných čerpadel jsou zařízení využívající jako zdroj tepla zem (systém země-voda). Ta si totiž dokáže pod nezámrznou hloubkou udržet dostatečně vysokou teplotu, kterou lze využít dvěma způsoby. První k tomu využívá zemní kolektory, uložené v hloubce asi 120-150 centimetrů. Jedná se o potrubní systém z plastu nebo mědi vyplněný nemrznoucí směsí, která předává teplo výparníku tepelného čerpadla. Měrný výkon kolektorů se pohybuje okolo 10-45 W/m2 podle obsahu podzemní vody v zemině (výkon úměrně rostoucí se zvyšující se vlhkostí půdy). Nevýhoda tohoto systému je v zásadě jedna – požadavek na plochu pozemku. Kolektory totiž musí zaujímat plochu asi dva- až třikrát větší než je podlahová plocha objektu, který jimi má být vytápěn, což u středně velkého domu představuje asi čtyři sta až pět set metrů čtverečních parcely. Protože kolektory je třeba uložit poměrně hluboko, souvisí jejich instalace se zemními pracemi, takže v ideálním případě je třeba počítat s instalací již v době stavby domu nebo alespoň před založením zahrady.
Těchto nepříjemných, rozsáhlých prací jsou ušetřeni majitelé druhé alternativy tepelných čerpadel země-voda, využívajících zemní sondy. Ty tvoří polyetylenové potrubí uložené vertikálně do země do hloubky okolo sta metrů. Obdobně jako u čerpadel s kolektory jsou trubky vyplněny nemrznoucí směsí. Měrný výkon sondy ovlivňuje druh zeminy, do které je vyvrtána, obecně se pohybuje mezi 30 až 100 W na metr. Podle struktury podloží a výkonu čerpadla se určuje počet sond nutných pro vytápění konkrétního objektu. Většímu rozšíření tepelných čerpadel využívajících sondy brání především cena, neboť cena za jeden metr vrtu se pohybuje okolo jednoho tisíce korun a více v závislosti na druhu zeminy.

Vytápění  i klimatizace
Méně rozšířeným typem tepelných čerpadel jsou zařízení pracující na principu vzduch-vzduch. Teplo odebrané z venkovního vzduchu prochází přes klimatizační jednotky do interiéru. Je-li v domě instalován teplovzdušný rozvod (například z krbu), lze ohřátý vzduch transportovat do všech místností, v opačném případě lze teplo přivádět pouze do jedné místnosti. Výhodou tohoto typu čerpadla je opět snadná instalace v případě, že v domě již existuje vzduchotechnický rozvod, a nezanedbatelná je také možnost využívat totéž zařízení jako klimatizaci, případně čističku vzduchu. Topný faktor se v tomto případě pohybuje kolem 3, kvalitní výrobci však zaručují i 4,4 (venkovní teplota 7 oC, vnitřní teplota 20 oC) – to tedy znamená, že jeden kilowatt dodané elektrické energie bude přeměněn na 4,4 kW tepelné energie určené pro vytápění. Podobně jako v případě tepelného čerpadla vzduch-voda je třeba instalovat doplňkový zdroj tepla – v mírnějších oblastech postačí krb nebo krbová kamna (připojená na teplovzdušný rozvod), v jiném případě elektrokotel, ústřední topení apod. To však už vyžaduje další klasický rozvod ústředního topení a náklady na pořízení topného systému se tak zvyšují.

Vysoká investice, jistá návratnost
Letmý pohled do ceníku tepelný čerpadel může zájemce snadno odradit – ceny se totiž pohybují v řádu statisíců, navíc s vědomím odhadovaná životnosti přístroje okolo dvaceti až dvaceti pěti let. Stačí si ovšem provést jen snadný výpočet: Nejoblíbenější systém země-voda s využitím zemních vrtů vyjde pro středně velký dům (cca do 200m2) asi na čtvrt milionu korun. Provoz tepelného čerpadla přijde asi na patnáct až osmnáct tisíc ročně, elektrokotel si řekne ročně asi o dva a půl násobek této sumy (cca 40 000 Kč), přičemž plynový kotel na tom není o moc lépe. Roční úspora tedy činí okolo dvaceti až pětadvacet tisíc, návratnost investice pak vychází na deset až dvanáct let. To je polovina životnosti čerpadla. Druhou polovinu života čerpadlo již pouze vydělává. Navíc při splnění daných podmínek získá stavebník dotaci od státu na pořízení ve výši až 30 procent z pořizovací ceny (maximálně 100 000 Kč), někteří prodejci navíc při nákupu nového čerpadla vykupují stará čerpadla, což může znamenat dalších asi deset procent úsporu.