Tepelné čerpadlo a chladiace stropy

Zaklínadlo dva v jednom je známe nielen z reklám kozmetických firiem. Spojenie dvoch funkcií v jednom nábytku neraz vytrhlo tŕň z päty aj tým, ktorí si chceli prakticky zariadiť byt. A podobný princíp možno využiť aj pri stavbe alebo rekonštrukcii domu: ak jedno zariadenie slúži ako zdroj tepla pri vykurovaní v zime, aj ako zdroj chladu v lete, má to svoje výhody. Ranou, ktorou môžete zabiť naraz dve muchy, je v tomto prípade tepelné čerpadlo.

Trocha teórie

160119

O princípe vykurovania tepelným čerpadlom sa už popísalo veľa papiera, pričom sa na objasnenie toto zariadenie občas prirovnáva k chladničke. Podobne ako chladnička totiž na jednej strane chladí, teda teplo odoberá, a na druhej zohrieva, teda teplo odovzdáva (pri chladničke je to na tepelnom výmenníku na jej zadnej strane, pri tepelnom čerpadle využívanom na vykurovanie obyčajne v zásobníku na ohrev vody). Celý zázrak má pritom na svedomí teplonosné médium (v chladničke tzv. chladiaca kvapalina), ktoré je schopné prijímať a odovzdávať teplo za vhodných podmienok.

Tepelné čerpadlo teda teplo nevyrába spaľovaním žiadneho paliva, ale ho len prepravuje (ako napovedá jeho názov) z miesta, kde ho nepotrebujeme, na miesto, kde ho potrebujeme. Využitie tepelného čerpadla pri vykurovaní nie je u nás novinkou, a najmä pre svoje minimálne prevádzkové náklady (spotrebuje elektrickú energiu len na pohon kompresora a čerpadla na prepravu teplonosného média), a tiež pre priaznivé ekologické dôsledky sa teší čoraz väčšiemu záujmu.

Teplo potrebné na vykúrenie interiérov domu sa pritom bežne odoberá buď okolitej zemine, podzemnej vode alebo vonkajšiemu vzduchu, a odovzdáva sa vykurovacej vode. Rovnako dobre však môže tepelné čerpadlo fungovať aj opačne – pomocou jedného výmenníka odoberie teplo vode, ktorú potom možno využívať na chladenie, a pomocou druhého ho odovzdá vo vonkajšom prostredí (zemine, studničnej vode alebo vzduchu). Teória znie síce jednoducho, realizácia v praxi však až taká jednoduchá nie je, preto nie všetky tepelné čerpadlá majú aj reverznú funkciu.

Aké vykurovanie?

Tepelné čerpadlo dokáže ohriať vodu až na 70 °C, takže aj v tomto prípade možno na vykúrenie domu využiť klasické radiátory, nie je to však práve efektívne riešenie. Tepelné čerpadlo totiž pracuje omnoho efektívnejšie (a teda aj úspornejšie) pri nižších teplotách ohrievanej vody, a pri tých je praktické využívať sálavé, napríklad podlahové vykurovanie. To sa navrhuje na vstupnú teplotu 35 až 40 °C, ktorá je pre kombináciu s tepelným čerpadlom optimálna. Podlahové vykurovanie je pri využití tepelného čerpadla ako zdroja tepla veľmi účinnou alternatívou, ak však z akéhokoľvek dôvodu uprednostňujete radiátory, aj táto možnosť tu je – sálavé vykurovacie telesá sa konštruujú a dimenzujú na nižšiu vstupnú teplotu, a využívajú väčšiu sálavú plochu.

Pre budúcnosť využívania nízkoteplotných vykurovacích systémov hovoria nízke prevádzkové náklady (najmä v spojení s progresívnymi zdrojmi tepla), a tiež dnes už jasný trend zlepšovania tepelnoizolačných schopností obvodových konštrukcií domu. Na vykúrenie dobre zatepleného domu postačí dodávať menej energie, je teda zbytočné ohrievať vykurovaciu vodu na vysoké teploty.
 

160099

Reverznú funkciu, teda možnosť využiť zariadenie tak pri vykurovaní, ako aj pri chladení, ponúka napríklad kompaktné tepelné čerpadlo voda/voda WPC 13 Cool od nemeckého výrobcu Stiebel Eltron.

Aké chladenie?

To, že tepelné čerpadlo dokáže vykurovať s veľmi nízkou spotrebou energie, je známe, pomocou tohto zariadenia však možno s nízkymi nákladmi aj chladiť. Ako je to možné? V klasickej „fúkacej“ klimatizácii prúdi vzduchu z miestnosti okolo tepelného výmenníka, pomocou ktorého sa z neho odoberá teplo. Pretože plocha výmenníka je pomerne malá, na to, aby sa vzduch v miestnosti účinne vychladil, musí mať jeho povrch veľmi nízku teplotu (asi 6 °C). Na takto studenom povrchu sa však okamžite začne zrážať vlhkosť obsiahnutá v teplom vzduchu – na jej tvorbu spotrebuje klimatizácia 20 až 30 % energie. Tvorba kondenzátu je pri chladení nežiaduca nielen preto, že zvyšuje spotrebu energie, ale aj preto, že suchý vzduch je pre človeka nepríjemný a môže spôsobiť zdravotné problémy.
 

160102	Podomietkové registre – rúrka sa uchytí pomocou líšt na plochu stropu a omietne sa (omietka má hrúbku 15 až 20 mm). Tento systém sa dá zabudovať aj dodatočne, všade tam, kde už je hotová hrubá stavba.
Chladiaci sadrokartón sa vyrába z bežného sadrokartónu – z rubovej strany sa vyfrézuje drážka, do ktorej sa vloží rúrka, zatmelí sa a prelepí spevňujúcou sklotextilnou mriežkou.	160103
Montuje sa, používa sa, a vyzerá podobne ako bežný sadrokartón (rúrka je zapracovaná v rubovej strane). Konce rúrok sa pripájajú na hlavný rozvod pomocou rýchlospojok.
160101	Integrované rozvody chladiacej vody v stropnej konštrukcii (v monolitických stropoch). Rúrky stropného chladenia sa pri stavbe zabudujú od stropu – uložia sa do debnenia a zalejú betónom.
Výhodou je jednoduchá realizácia a tiež to, že sa neznižuje svetlá výška miestnosti. Chladiace registre sú umiestnené iba 15 mm od povrchu stropnej konštrukcie, čo umožňuje rýchle ovplyvnenie povrchovej teploty stropu.

Pri chladení vodou (s využitím tepelného čerpadla) sa používajú chladiace stropy – rúrkovým registrom (podobným ako pri podlahovom vykurovaní) prúdi chladná kvapalina, ktorá ochladí plochu stropu a od tej sa vychladí celá miestnosť. Teplota stropu musí byť vyššia, ako je teplota rosného bodu v miestnosti (závisí najmä od teploty a relatívnej vlhkosti vzduchu), inak by sa na strope začala zrážať voda, a zvýšená vlhkosť by mohla viesť až k rastu plesní. Preto sa stropy v obytných miestnostiach chladia na teplotu okolo 18 °C, pri ktorej nehrozí kondenzácia vzdušnej vlhkosti.

Takáto teplota sa dosiahne cirkuláciou chladiacej vody, ktorá má na prívode asi 16 °C. Veľkosť chladiacej plochy (najlepšie celý strop), je niekoľkonásobne väčšia než chladiaca plocha v klasickej klimatizácii, preto sa aj pri jej vyššej teplote dá interiér ochladiť na príjemnú hodnotu. Navyše sa vzduch pritom nevysušuje a energia sa nespotrebováva na tvorbu kondenzátu.
 

Ceny a náklady

Ak chceme porovnať dva rozdielne spôsoby napríklad chladenia, musíme brať do úvahy nielen cenu zariadenia a jeho montáže, ale aj prevádzkové náklady. V bežnom rodinnom dome s obytnou plochou 150 m² je potrebné vychladiť približne 100 m² – obývaciu izbu, spálňu a dve detské izby.
 

Pri klimatizácii typu multisplit budeme potrebovať vonkajší zdroj chladu s výkonom približne 12 kW a štyri vnútorné jednotky (pre každú miestnosť jednu). Príkon takejto klimatizačnej jednotky je vzhľadom na straty tvorbou kondenzátu či málo účinným prenosom chladu vzduchom až 6 kW. Cena takejto zostavy na takej technickej úrovni, ktorá je zárukou funkčnosti zariadenia na dlhé roky, sa bude pohybovať v rozmedzí 200 až 240 000 korún. Inštalácia 100 m² chladiacich stropov bude stáť 250 000 a zdroj chladu, ak je ním tepelné čerpadlo, ktoré sa využíva aj na kúrenie, už máme. Pravda je, že tepelné čerpadlo s chladiacou funkciou býva asi o 10 % drahšie ako bez nej.

Prevádzka chladiacich stropov je však energeticky výrazne výhodnejšia – napríklad pri použití tepelného čerpadla WPC 13 Cool bude spotreba elektrickej energie na úrovni 10 až 20 % nákladov na prevádzku klasickej klimatizácie. Spôsobuje to spomínaná tvorba kondenzátu, a tiež veľký teplotný spád na malej ploche výparníka vo vnútornej jednotke klimatizácie. Ak by sme napríklad pre klimatické zmeny chladili priestory domu 60 dní v roku, náklady by pri klasickej klimatizácii dosiahli až 15 000 Sk ročne, tepelné čerpadlo s chladiacimi stropmi by neprekročilo sumu 2 000 Sk za rok.
 

To, že vykurovanie aj chladenie jediným zariadením – tepelným čerpadlom, u nás zatiaľ nie je veľmi známe, možno pripísať na vrub jednak typicky ľudskej nedôvere k novým riešeniam, a jednak tomu, že profesie vykurovanie a chladenie sú tradične oddelené.

Tento článok bol uverejnený v časopise Môj dom ŠPECIÁL jar 2008