Účinnost tepelného čerpadla - proč je vytápění tepelným čerpadlem tak levné?

Možná už jste někdy narazili na účinnosti vyšší než 100%. Většinou kolem 104% u plynových kondenzačních kotlů, kdy se využívá ještě tepla spalin, které by běžně jen vyletěly komínem.

Podobně v případě tepelných čerpadel je účinnost procesu dodávání (nikoli přeměny) energie vyšší než 100%, např. v porovnání se zmíněnými plynovými kotli i několiksetnásobně větší. Vzhledem k velmi vysokým účinnostem u tepelných čerpadel je vhodnější používat tzv. topný faktor, zkráceně COP (Coefficient Of Performance). Celý vtip je právě v tom, že motor, tedy kompresor tepelného čerpadla nevytváří sám o sobě veškeré teplo, ale z tepelného hlediska jen prudce zvyšuje teplotu chladiva. Krom toho, co kompresor sám dodá, je většina tepla odebírána ve výparníku tepelného čerpadla (většinou nucenou konvekcí při změně skupenství) z okolního prostředí (vzduch, voda, půda). A okolní teplo je, alespoň dokud nám ho nějaký šikovný úředník nezdaní, prozatím stále zadarmo. Právě poměr mezi tepelnou energií skutečně dodanou tepelným čerpadlem a energií spotřebovanou tepelným čerpadlem je dán topným faktorem (COP). Při dodržení určitých podmínek můžeme počítat minimálně s průměrným topným faktorem v rámci topné sezóny 2-3 u vzduchu nebo povrchového kolektoru, u vrtů nebo studní 3-5, v případě termálního zdroje nebo odpadního tepla i vyšším.

Proto zařízení nepopírá termodynamické zákony (kompresor je elektromotor a má účinnost kolem 30%), ale celková tepelná energie dodaná otopné soustavě je vždy (zpravidla několikanásobně) vyšší, než energie, kterou zařízení spotřebuje pro svůj provoz.

Aby byla účinnost tepelného čerpadla (resp. topný faktor) co nejvyšší, je vhodné řídit se jednoduchým pravidlem: požadovat po tepelném čerpadle co nejnižší výstupní teplotu.

Toho dosáhneme především správnou volbou topného systému. Proto je podlahové topení nečastější volbou pro investory, kteří pochopili princip tepelného čerpadla a mají zájem na snížení skutečných provozních nákladů. Ale pozor, jako u všeho i zde (a obzvláště v ČR) existují výjimky. Např. podlahové topení nesmí být zalité metrovou vrstvou betonu. Stejně tak velice slušně izolující plovoucí podlaha je ne zrovna tou nejlepší volbou. Naproti tomu není pravdou, že radiátor je pro tepelné čerpadlo nevhodný. Dnes se běžně prodávají nízkoteplotní varianty otopných těles, ale ani to samo o sobě není zárukou optimálního využití tepelného čerpadla. Důležité je nadimenzování otopných těles na co nejnižší teploty. Proto lze v praxi nalézt domy, kde u klasického radiátoru stačí v zimě teploty kolem 40°C a provoz tepelného čerpadla je zde jistě finančně zajímavý a naopak, tzv. „nízkoteplotní radiátor“, do kterého potřebuji v -10°C teplotu vody 70°C, je k vzhledem k ekonomice provozu tepelného čerpadla nevhodný. V souvislosti s volbou systému vytápění se nelze nezmínit o fancoilech, jakýchsi nízkoteplotních radiátorech s ventilátorem, které bývají velmi oblíbenou alternativou k podlahovému vytápění při vytápění průmyslových objektů nebo kanceláří.

Odhlédneme-li od vlastní volby topného systému, dalším způsobem, jak zajistit vysokou účinnost tepelného čerpadla je samozřejmě i způsob jeho instalace. Pokud můžeme ovlivnit výši teploty zdroje tepla, pak je na místě se nad tímto zamyslit. Opět jeden příklad z praxe: Tepelné čerpadlo vzduch-voda by se nemělo instalovat do uzavřeného prostoru, kde není dobrá možnost trvalého přísunu vzduchu z okolního prostředí a hrozí vyčerpání tepla. Konkrétně kamennou zdí obehnaný dvorek, ideálně ve svahu, a tepelné čerpadlo je instalováno dole u země. Naopak tedy, pokud je možnost umístit venkovní jednotku na střechu, můžeme počítat s průměrnými teplotami vyššími, než kdyby stálo zařízení na zemi.

Dalším faktorem, který rozhoduje o účinnosti zařízení, je způsob přípravy teplé užitkové vody. V této souvislosti je vhodné vyvarovat se poddimenzování výměníku předávajícího teplo do systému s TUV, což může vést k cyklování tepelného čerpadla, neschopnosti dohřát TUV na požadovanou teplotu i při opakovaných pokusech o dobíjení, zatímco topný systém je bez zdroje tepla a chladne. Po všech stránkách (časové, energetické, finanční) vhodnějším způsobem je pravděpodobně předehřev TUV (optimáílně ve výměníku akumulační nádoby) a následný dohřev jiným zdrojem tepla. Samozřejmě stále platí, že čím chceme nižší cílovou teplotu (v tomto případě TUV), tím rychleji a levněji jí tepelné čerpadlo dosáhne.

Pro získání více informací nebo objednávku služeb neváhejte využít uvedené kontakty.