Tepelné čerpadlá sú v súčasnosti vnímané ako jeden z najúspornejších a zároveň ekologických spôsobov vykurovania. Ich popularita rastie nielen v novostavbách, ale čoraz častejšie sa využívajú aj pri rekonštrukciách starších domov. Otázkou však je, ako sa tieto systémy vyrovnávajú s chladným počasím, keď teplota dlhodobo klesá hlboko pod bod mrazu. Hoci fyzikálne zákonitosti počas tuhej zimy do istej miery znižujú účinnosť čerpadiel, stále môžu byť ekonomicky výhodnejšie ako bežné elektrické vykurovanie či iné tradičné formy kúrenia. Prečo je to tak a na čo sa treba pripraviť pri rozhodovaní o inštalácii?
1. Základný princíp a dôležitosť COP
Tepelné čerpadlo funguje na princípe odoberania energie z vonkajšieho prostredia (vzduch, voda alebo pôda) a jej premene na teplo vhodné na vykurovanie či prípravu teplej vody. Základným ukazovateľom účinnosti je tzv. COP (Coefficient of Performance), ktorý hovorí, koľko kWh tepla vyprodukuje tepelné čerpadlo pri spotrebe 1 kWh elektrickej energie.
- COP 3 znamená, že z každého kilowattu elektriny vyrobíme 3 kilowatty tepla.
- COP 4 hovorí o štvornásobnej výrobe tepla z 1 kWh elektrickej energie, a tak ďalej.
V zimnom období, keď teploty klesnú k hraniciam výrazných mínusových hodnôt, je pre systém náročnejšie získať dostatok energie z vonkajšieho prostredia. Výsledkom je, že COP klesá. Aj pri nižšom COP však tepelné čerpadlo býva efektívnejšie v porovnaní s klasickým elektrickým priamotopom.
2. Vplyv klimatických podmienok
Výber tepelného čerpadla a jeho výkonnosti ovplyvňujú predovšetkým lokálne podmienky:
- Priemerné teploty v zime: Vo vyšších nadmorských výškach či v oblastiach so silnejšími a dlhšími mrazmi môže byť potrebné zvoliť výkonnejší systém alebo zvážiť aj záložné kúrenie.
- Vlhkosť a vietor: Niektoré systémy potrebujú priestor na efektívny odvod kondenzátu a občasnú kontrolu ventilátorov, ktoré môžu namŕzať.
- Dostupný priestor na pozemku: Pre čerpadlá typu zem-voda je nutná väčšia plocha na zemný kolektor, prípadne možnosť hĺbkových vrtov.
Cieľom je, aby sa aj v klimaticky náročnejších lokalitách zabezpečila stabilná a spoľahlivá prevádzka s dostatočnou vykurovacou kapacitou.
3. Typy tepelných čerpadiel
Podľa zdroja, z ktorého čerpadlo získava energiu, rozlišujeme najmä tieto systémy:
Vzduch-voda
- Najčastejšie inštalované riešenie.
- Teplo odoberá z okolitého vzduchu, ktorý je aj v zime dostupný, hoci pri veľkých mrazoch systém pracuje s nižšou efektivitou.
- Pri týchto čerpadlách sa často inštaluje doplnkový zdroj (napríklad elektrický kotol), ktorý sa aktivuje pri extrémne nízkych teplotách.
Zem-voda
- Energie získava zo zeme. Buď pomocou plošného kolektora (potreba väčšej plochy pozemku), alebo prostredníctvom hĺbkových vrtov.
- Využíva relatívne stabilné teploty v podzemí, čo mu prináša vyšší a stabilnejší vykurovací faktor aj pri výrazne mínusových teplotách.
Voda-voda
- Zdrojom tepla je podzemná voda, ktorá udržuje teplotu vyššiu než okolité ovzdušie (aj v zime).
- Vyžaduje dostupnosť a dostatočnú kvalitu podzemnej vody, často aj dvojicu studní (ťažobnú a vsakovaciu).
- Vzhľadom na náklady spojené s realizáciou štúdnych vrtov patrí k drahším, ale vysoko efektívnym riešeniam.
Vzduch-vzduch
- Princíp podobný klimatizácii, primárne určený na vykurovanie vzduchu v interiéri, v niektorých prípadoch dokáže zabezpečiť aj ohrev vody.
- Pri nízkych mrazoch funguje spoľahlivo, no pri veľmi nízkych teplotách môže rýchlejšie klesať jeho účinnosť.
4. Bivalencia: kombinácia viacerých zdrojov
V situáciách, keď pri extrémnych mrazoch už samotné tepelné čerpadlo nestíha vykryť všetky tepelné straty, sa používa princíp bivalencie. Ide o bod, pri ktorom sa k hlavnému zdroju (tepelné čerpadlo) pripojí doplnkové kúrenie. V praxi to môže byť:
- Elektrický kotol: Ľahko sa inštaluje a spustí sa automaticky, keď teploty klesnú pod vopred stanovenú hodnotu. Nevýhodou sú vyššie platby za elektrinu.
- Plynový kotol: Ak je v dome už zavedený plyn, môže ísť o ekonomicky zaujímavú voľbu.
- Krbové kachle: Menej časté riešenie, no niektorí majitelia ich využívajú na preklenutie krátkych chladných období.
Dobre navrhnutý bivalentný systém zabezpečí tepelný komfort aj pri extrémnom ochladení. Dôležité je nájsť hranicu – tzv. bivalentný bod – tak, aby doplnkový zdroj pracoval čo najmenej. Znižuje sa tak spotreba (a faktúry) za energie a zároveň sa predlžuje životnosť samotného tepelného čerpadla.
5. Vplyv nastavenia a priebežného kúrenia
Tepelné čerpadlá pracujú efektívnejšie pri nízkoteplotných vykurovacích systémoch, ako je napríklad podlahové kúrenie alebo veľkoplošné stenové vykurovanie. V týchto prípadoch nemusí čerpadlo ohrievať vodu na vysoké teploty, čo prispieva k lepšiemu COP.
- Pri podlahovom kúrení je dôležité rovnomerné rozloženie teploty a stála dodávka tepla.
- Pri klasických radiátoroch je možné systém optimalizovať tak, aby sa výstupná teplota udržiavala čo najnižšia, a tým zabezpečiť dlhšie cykly kúrenia bez častého vypínania a zapínania.
Dobre nastavená regulácia zabraňuje prudkým výkyvom v teplote vykurovacieho média, ktoré by mohli namáhať kompresor a iné komponenty čerpadla.
6. Účinnosť v praxi
Reálna spotreba energie a náklady na vykurovanie závisia od mnohých faktorov: od kvality zateplenia domu, požadovanej vnútornej teploty, ale aj od samotnej starostlivosti o systém. Vo všeobecnosti však platí:
- Pri miernych teplotách (nad bodom mrazu) dokáže tepelné čerpadlo výrazne ušetriť náklady oproti priamotopom či kotlom na elektrinu.
- Pri hlbokých mrazoch (okolo -15 °C a nižšie) síce COP klesá, ale systém si vo väčšine prípadov stále udržiava lepší pomer vyrobenej tepelnej energie k spotrebovanej elektrine, než by ponúkalo čisté elektrické kúrenie.
V domoch s dobre zvoleným typom čerpadla a vhodným vykurovacím systémom môžu byť denné náklady na prevádzku priaznivejšie, ako by sa na prvý pohľad zdalo, a to aj v zimných mesiacoch.
7. Mrazivé nástrahy a starostlivosť o zariadenie
Pri prevádzke čerpadla v zime je dôležité zamerať sa na niekoľko praktických aspektov:
- Odstraňovanie námrazy: Vzduchové čerpadlá môžu v mraze namŕzať. Ak sa táto námraza neodmrazuje automaticky, môže zhoršiť prenos tepla. Moderné systémy majú zabudovaný cyklus odmrazovania, ktorý však môže mierne zvýšiť spotrebu energie.
- Dostatočný prietok vzduchu: Aby čerpadlo vzduch-voda správne fungovalo, musí mať k dispozícii dostatočný objem vzduchu. Ventilátor ani výmenník by nemali blokovať nánosy snehu či ľadu.
- Kontrola odvodového potrubia: Kondenzát, ktorý vzniká pri odvlhčovaní vzduchu, potrebuje plynulo odtekať. Ak potrubie zamrzne, môže voda vytiecť na nesprávne miesto alebo spôsobiť poškodenie iných častí systému.
Pravidelná údržba a občasná kontrola stavu zariadenia, najmä počas dlhých mrazov, pomáha zachovať spoľahlivú prevádzku a predchádza nečakaným výpadkom.
8. Prečo tepelné čerpadlá lákajú aj v budúcnosti
Tepelné čerpadlá sa v posledných rokoch tešia narastajúcemu záujmu a tento trend pravdepodobne bude pokračovať. Hlavnými dôvodmi sú:
- Ekonomické úspory: Pri správnom návrhu, inštalácii a používaní prinášajú tepelným čerpadlám nižšie mesačné náklady v porovnaní s elektrickým či niektorými inými typmi vykurovania.
- Ekologický rozmer: Využívajú obnoviteľné zdroje energie (vzduch, vodu, pôdu), pričom emisie CO₂ a iných škodlivých látok sa výrazne znižujú v porovnaní s fosílnymi palivami.
- Technologický pokrok: Výrobcovia neustále zdokonaľujú komponenty (napríklad kompresory s vysokým výkonom pri nižších teplotách), a tým posúvajú hranice použiteľnosti tepelných čerpadiel vo veľmi chladnom podnebí.
- Možnosť dotácií: V mnohých krajinách existujú dotačné programy, ktoré pomáhajú financovať inštaláciu tepelného čerpadla a znižujú tak počiatočné investičné náklady.
9. Zhrnutie
Tepelné čerpadlá prinášajú zaujímavé možnosti, ako ušetriť na vykurovaní a pritom šetriť životné prostredie. V zimných mesiacoch je síce účinnosť nižšia než pri miernom počasí, ale vo väčšine prípadov zostáva ich prevádzka stále výhodnejšia oproti tradičným elektrickým vykurovacím systémom. Kľúčom k spokojnosti je výber vhodného typu čerpadla, jeho správne nadimenzovanie, profesionálna inštalácia a oboznámenie sa s princípmi, ako sa o systém starať.
Pokiaľ sa pri návrhu myslí na možnosť veľmi nízkych teplôt, zváži sa inštalácia záložného zdroja a nastaví sa vhodná regulácia, tepelné čerpadlo dokáže spoľahlivo pokryť väčšinu vykurovacích potrieb aj počas tuhej zimy. Pre mnohých majiteľov domov sa tak stáva univerzálnym riešením, ktoré prináša tepelný komfort, úsporu nákladov a navyše aj uspokojujúci pocit z ekologického prístupu.
