Teplo zo zdrojov priamo za dverami

Táto definícia zahŕňa energiu produkovanú zo: 
• slnka, 
• vetra, 
• biomasy, 
• geotermálnych zdrojov,
• malých vodných zdrojov a oceánu, 
• biopalív a vodíka získaných z obnoviteľných zdrojov. 

Vo vykurovacej sústave bytov a domov sa uplatnia predovšetkým kotly na drevo a biomasu, slnečné kolektory a tepelné čerpadlá. A práve tepelné čerpadlá sa v súvislosti s nízkoenergetickou výstavbou najviac spomínajú, preto si ich trocha priblížime.

242684
Daniel Veselský

Prečo tepelné čerpadlo?

Tepelné čerpadlo je zariadenie, ktoré umožňuje odoberať energiu z okolitého prostredia, zo vzduchu, zo zeme a z vody a odovzdávať ju vykurovaciemu médiu pomocou vykurovacích telies, výmenníkov a podobne, s cieľom vykurovania a ohrevu teplej vody. Využíva tie isté fyzikálne zákony ako chladnička. Zatiaľ čo v chladničke sa dopravuje teplo zvnútra smerom von, tepelné čerpadlo dopravuje teplo uložené v okolitom prostredí dovnútra, do obytného prostredia. Tepelné čerpadlá tým, že využívajú nízkopotenciálne teplo z okolitého prostredia (vzduch, voda, zem a pod.) a premieňajú ho na využiteľné teplo, predstavujú klasický protiprúdový výmenník. V priemere je u nás za rok okolo 100 daždivých a zamračených dní, počas ktorých nemožno využívať ekologické služby slnečných kolektorov, tepelné čerpadlá však pracujú aj v takýchto podmienkach a dokážu zabezpečovať potrebné teplo kedykoľvek. Zaručujú o 15 % viac ušetrenej energie ako ostatné dostupné nevyčerpateľné zdroje.

Aké tepelné čerpadlo?

242683
Viessmann

Podľa toho, odkiaľ sa teplo berie a kam sa odovzdáva, existujú štyri základné typy čerpadiel: vzduch – voda, zem – voda, voda – voda a vzduch – vzduch. Tepelné čerpadlo sa zväčša inštaluje spolu s ďalším zdrojom tepla (bivalentný systém), ktorý pokrýva nedostatok tepla z čerpadla v prípade potreby. Vykurovacia sústava je nízkoteplotná, vhodné je predovšetkým podlahové a stenové vykurovanie alebo veľkoplošné konvekčné vykurovacie telesá. Na prečerpanie tepla z prostredia je nutné dodať tepelnému čerpadlu určité množstvo energie. Pomer medzi dodanou a spotrebovanou energiou sa nazýva vykurovací faktor tepelného čerpadla. Bežné čerpadlo má priemerne vykurovací faktor 3, čo znamená, že spotrebuje asi jednu tretinu svojho výkonu na vlastnú prevádzku.

Tepelné čerpadlá voda – zem

Mimoriadne stabilný zdroj tepla poskytuje zem, z ktorej je možné získavať teplo prostredníctvom vertikálnych vrtov alebo horizontálne uložených zemných kolektorov. Nízkopotenciálne teplo zo zeme sa pomocou teplonosnej a nemrznúcej kvapaliny (soľanky) prúdiacej v trubkách uložených v zemi, dopravuje do výmenníka alebo výparníka tepelného čerpadla. Odtiaľ sa potom využíva na ohrev vody pre nízkoteplotný vykurovací systém. Vykurovaciu a úžitkovú vodu je schopné ohriať až na 62 °C a pracuje pri teplotách zdroja od -10 do 20 °C. „Zemné kolektory je vhodné použiť vtedy, keď sa robia veľké terénne úpravy okolo domu, najlepšie už počas stavby,“ radí Marián Henek zo spoločnosti Vaillant. Ukladajú sa v nezamŕzajúcej hĺbke, aspoň 2 m pod zemou, kde je stabilná teplota okolo 5 °C. Plocha, kde sú zemné kolektory uložené, nesmie byť zastavaná ani zatienená, pretože zem získava teplo zo slnka. Zemné vrty sú nákladnejšie riešenie sú však nenáročné na priestor a poskytujú veľmi stabilný zdroj tepla počas celého roka, resp. počas celej vykurovacej sezóny.

Tepelné čerpadlá voda – vzduch

242678
Daniel Veselský

Najjednoduchší a najlacnejší spôsob odberu tepla z okolitého prostredia poskytuje tepelné čerpadlo voda – vzduch, ktoré nevyžaduje žiadne zásahy do okolitého prostredia. Teplo sa odoberá priamo z okolitého vzduchu pomocou chladiva, ktoré koluje vo vonkajšom výparníku tepelného čerpadla, a nie pomocou pracovnej látky, ako je to v prípade soľanky. Vonkajší vzduch je ventilátorom poháňaný cez výparník, ktorému odovzdá časť svojho tepla. Tepelné čerpadlo dosahuje maximálnu teplotu vykurovacej vody 55 °C a môže pracovať s teplotou vzduchu od –20 do 35 °C. Výhodou čerpadiel pracujúcich v systéme voda – vzduch je ich jednoduchá inštalácia a nižšie vstupné náklady v porovnaní s inými systémami tepelných čerpadiel – nie je tu potrebné robiť náročné vrty. Nevýhodou sú klesajúci výkon čerpadla so znižovaním vonkajšej teploty, a teda i nutnosť bivalentnej prevádzky napr. s kondenzačným kotlom alebo pomocou elektrickej špirály pri nízkych vonkajších teplotách.

Tepelné čerpadlá voda – voda

Tepelné čerpadlo voda – voda umožňuje získavať tepelnú energiu z vody zo studne, rieky alebo  jazera, najčastejšie však z vŕtanej studne. Je to najefektívnejší, ale zároveň najrizikovejší spôsob získavania nízkopotenciálneho tepla. Voda sa pomocou obehových čerpadiel preháňa výmenníkom tepelného čerpadla, kde odovzdáva svoju tepelnú energiu. Dosahuje maximálnu teplotu vykurovacej vody 62 °C a funguje pri teplotách zdroja od 4 do 20 °C.  Podmienkou úspešného využívania tohto typu čerpadla je dostatočné množstvo vody, z ktorej sa teplo odoberá, a to po celý čas plánovanej životnosti tepelného čerpadla. Uloženie kolektorov na dno rieky alebo jazera je menej náročné na počiatočné náklady. No tu je potrebné povolenie od vodohospodárskych úradov a  rovnaké množstvo vody počas celej životnosti tepelného čerpadla nie je zaručené. Rúrky sa tiež musia zaistiť proti povodniam a prípadnému poškodeniu inými vplyvmi. Druhou možnosťou je čerpanie studničnej vody. „Tepelné čerpadlo potrebuje dve studne,“ vysvetľuje Marián Henek. „Prvá studňa, z ktorej sa teplo odoberá, musí byť dostatočne výdatná, aby bolo z čoho čerpať teplo celé hodiny. Do druhej studne sa vracia ochladená voda. Dôležitý je dostatočný odstup obidvoch studní (minimálne 15 m) a treba zohľadniť aj smer toku podzemnej vody, aby ochladená voda nestekala späť do studne, z ktorej sa čerpá teplo. Tepelné čerpadlá voda – voda sú náročnejšie aj na schvaľovanie na úradoch. Bez povolenia je možné robiť vrty len do hĺbky 95 m. V zónach ochrany vodného zdroja sa nesmú používať studne na tepelné čerpadlá vôbec,“ dodáva M. Henek z trenčianskeho Vaillant centra.

242679	242680
Systém tepelného čerpadla zem/voda. Teplo zo zeme sa môže získať pomocou zemných kolektorov alebo zemnej sondy. (schéma: Viessmann)
242681	242682
Systém voda/voda. Najčastejšie sa pri tomto systéme získava teplo z navŕtaných studní. (schéma: Viessmann)	Systém vzduch/voda využíva vzduch ohriaty slnkom. V prípade potreby je možné počas chladných dní pripojiť druhý zdroj tepla. (schéma: Viessmann)