průvodce digitální domácností / přináší DigiZone.cz

Tepelná čerpadla vzduch-vzduch a vzduch-voda: jak fungují a kam se hodí?

V dnešní energeticky poněkud předražené době mnozí přemýšlejí, jak ušetřit na vytápění. To totiž s přehledem spolyká největší část provozních nákladů.

Znáte to. Nejvíce v rámci rodinného domu (ale také bytu) vydáte za vytápění a pak za ohřev teplé užitkové vody (TUV). Odhaduje se, že dohromady to dělá nějakých 60–70 % provozních nákladů, ale už jsem viděl i rozpětí 65–80 %. Je zřejmé, že sluneční kolektory mohou pomoci s ohřevem TUV a v případě většího domu – a velmi propracovaného systému – někdy i s vytápěním. Ne vždy se to ale vyplatí. Myslím ta druhá část, nikoli kolektory jako takové. O nich ale dnes mluvit nebudeme. Zaměříme se na vytápění, a to vytápění plně automatické a za pomoci elektrické energie. Z těchto systémů je jednoznačně nejúspornějším řešením tepelné čerpadlo.

Kdybychom žili v normální zemi, byla by návratnost ještě kratší než jaká je nyní. Bohužel v normální zemi nežijeme a „obě strany a vlády“ vlastnící kontrolu nad majoritní částí majoritní elektrárenské společnosti ČEZ potřebují naše peníze zaplacené za elektrickou energii k tomu, aby si je následně, v podobě dividend, rozdělily jak chtějí. Nevím jak vám, mně tohle hodně vadí. Samozřejmě společně s přemrštěnou cenou elektrické energie, která se za poslední léta u nás zvedla neuvěřitelným tempem a v poměru k platům je nejspíše s přehledem nejdražší v Evropě. Tedy pokud se bavíme o té civilizované části Evropy.

I tohle jsem bral v úvahu, když jsem před více než patnácti lety přemýšlel o tepelném čerpadle. Nakonec jsem – k mé spokojenosti – zvolil systém země (voda)-voda švédské společnosti IVT.

Tento druh tepelného čerpadla, který odebírá teplo zemi a předává ho klasické topné soustavě s podlahovým vytápěním či radiátory (nebo lepšími konvektory) si ale nechám na příště. Dnes se zaměřím na systém vzduch-vzduch, resp. na od něj odvozený vzduch-voda. V prvním případě jsou tato tepelná čerpadla výrazně levnější než „zemní“ klasika, v druhém se to už více vyrovnává, i když stále neinvestujete do vrtu. Pochopitelně topný faktor (někdy slyšíte i o tzv. „účinnosti“, viz dále) je hodně závislý na teplotě venkovního vzduchu, ze kterého odebírá energii. A protože tento systém příliš neznám, požádal jsem o pomoc právě IVT, za niž tímto děkuji.


Zdroj: Nibe

Nenápadné schéma ukazuje rozvod tepelného čerpadla vzduch-voda Nibe Split. Na fotografii vidíte venkovní jednotku a vnitřní jednotku napojenou na rozvod topné vody (hydrobox HBS 12).

V tomto článku samozřejmě zmiňujeme i jiné značky a mluvit se bude převážně o systému vzduch-vzduch, i když se valná část vlastností se týká i odvozeného vzduch-voda, který výrobci nabízejí častěji. Pak jde o takové tepelné čerpadlo, které odebírá teplo venkovnímu vzduchu a předává ho do tradiční topné soustavy. Mimochodem průměrná teplota v rámci celé České republiky byla v letech 2005 až 2012 – podle Českého hydrometerologického ústavu – pro mě překvapivých 7,7 °C. Plus, abych to řekl zcela jasně. To tepelnému čerpadlu vzduch-vzduch (vzduch-voda) docela nahrává. A když nenahrává, protože někdy jsme i hodně hluboko pod nulou, tak často velice vyhovuje. I když to samozřejmě není tak ideální jako například v Anglii.

Původně jsme pro vás chtěli připravit také srovnávací tabulku se základními parametry. Bohužel jejich dohledání a nastavení stejných srovnávacích kritérií typicky u topného faktoru se ukázalo jako zhola nemožné. Takže je to na vás. Já osobně jsem se o tepelném čerpadle rozhodoval pomalu tři roky a po první kole zaznělo jednoznačné NE. V druhém, o dva roky později, se už situace vyvinula jinak. Jenže tepelné čerpadlo zem (voda)-voda je především o regulaci. Tento faktor je v případě systému vzduch-vzduch poněkud potlačen.


Foto: IVT

Sestava tepelného čerpadla vzduch-vzduch IVT Nordic Inverter. V pozadí venkovní jednotka, v popředí vnitřní jednotka, vpravo dálkový ovladač, na kterém vidíte i vnitřní teplotu a mj. můžete zapnout i filtrování vzduchu.

Co to je topný faktor

Základní pojem ve světě tepelných čerpadel. Tzv. topný faktor COP (Coeficient Of Performance), někdy se v tomto ohledu mluví i o tzv. účinnosti tepelného čerpadla, představuje poměr mezi vyrobeným teplem a spotřebovanou (do něj dodanou) elektrickou energií. Jinak řečeno poměr mezi přivedenou a vyrobenou energií.

Čím vyšší je topný faktor, tím je provoz tepelného čerpadla levnější, takže když má výkon 8 kW a já mu v daný okamžik dodávám 2 kW je topný faktor 8/2, tj. 4. Každý výrobce by ale měl jasně říci, za jakých podmínek daného COP dosáhl. To bohužel vždy zvykem není.

Topný faktor se u tepelného čerpadla vzduch-vzduch (vzduch-voda) mění v závislosti na vnějších podmínkách, tedy vnější teplotě vzduchu (u systému země-voda je pochopitelně podstatně stálejší) a jednou tak může mít to samé tepelné čerpadlo topný faktor 4, podruhé třeba 7 a potřetí 2. Proto pokud si budete vybírat z několika tepelných čerpadel, srovnávejte je vždy za stejných podmínek, resp. stejné vnější teploty apod. Například společnost Panasonic uvádí, že „tepelné čerpadlo s garantovaným výkonem 9 kW při +7 °C bude mít při –15 °C výkon 6 kW“. Jde pochopitelně o teplotu vnějšího vzduchu a více – nejen v tomto ohledu – najdete na abeceda-cerpadel.cz.

Topný faktor je zároveň vyšší, když je nižší teplota výstupní vody (to platí pro čerpadla vzduch-voda či země-voda) a proto se udává, že je vhodnější podlahové topení a nikoli radiátory. Nicméně sám jsem v domě bez problémů provozoval kombinovanou soustavu podlahové vytápění a radiátory, resp. konvektory. Záleží na vás a na systému, který si necháte navrhnout. Menší zhoršení topného faktoru nejspíše nebude na závadu.

Výhody a nevýhody tepelného čerpadla vzduch-vzduch (vzduch-voda)

Výhody:

  • nižší provozní náklady v porovnání s dalším automatickým systémem vytápění (elektřina, plyn)
  • minimální prostorové nároky (vnější jednotku lze umístit třeba na střechu)
  • celkově výrazně nižší počáteční investice v porovnání se systémem země (voda)-voda (u vzduch-voda o něco vyšší)
  • nesrovnatelně levnější a rychlejší instalace (u vzduch-voda trochu náročnější)
  • pracuje s různým topným faktorem až do teploty mínus dvacet až třicet stupňů
  • vedle topení umí oba systémy i klimatizovat (systém vzduch-voda nikoli vždy) a v případě čerpadel vzduch-vzduch jsou také použitelná pro čištění vzduchu či jeho odvlhčování 
  • lze použít i pro dotápění bazénů (vzduch-voda)

Nevýhody:

  • v porovnání se systémem země (voda)-voda je topný faktor velice proměnlivý a výrazně závislý na venkovní teplotě (nedoporučuje se používat v horských a podhorských oblastech)
  • tepelná čerpadla vzduch-voda mají zhruba o 30 % vyšší provozní náklady, než země (voda)-voda
  • při nízkých (nižších) venkovních teplotách je snížen rovněž i topný faktor a u čerpadla vzduch-voda také snížená výstupní teplota topné vody
  • i když slouží jako hlavní zdroj tepla, je nutné mít záložní (nejlépe automatické) dotápění, typicky elektrický přímotop
  • v porovnání se systémem země (voda)-voda kratší životnost tepelného čerpadla (udává se o 20–30 %), čímž je myšlena životnost kompresoru 
  • není možné ohřívat teplou vodu (u systému vzduch-voda to jde)

Princip tepelného čerpadla

Tak jako chladnička odnímá teplo potravinám, tak tepelné čerpadlo odnímá – na primárním tepelném výměníku – teplo okolí, tedy vzduchu, vodě (můžete ho strčit třeba do rybníka), nebo zemi, a následně ho s pomocí kompresoru na sekundárním výměníku převádí na vyšší teplotní hladinu (systém komprese a expanze plynu) použitelnou pro vytápění a někdy i pro ohřev TUV.

Podle způsobu získávání tepla se tak rozlišují jednotlivé typy tepelného čerpadla. V případě čerpadla pracujícího se vzduchem se ale nabízí otázka, jak získat teplo v okamžiku, kdy je těsně nad nulou či dokonce pod nulou. Odpovědí je ještě více místo ze kterého chceme teplo získat, ochladit a tím mu teplo odebrat. Díky tomu je možné získat nějakou energii i v okamžiku, kdy teplota poklesne dokonce až na – 20 °C. Není to sice tak efektivní (topný faktor bude nižší), ale stále se to může vyplatit a také většinou vyplatí.

Jak vidno topný faktor tepelného čerpadla vzduch-vzduch (či vzduch-voda) bude hodně kolísat v závislosti na vnější teplotě, což bylo už vidět na výše uvedeném příkladu. A podívejme se na ještě jeden: IVT udává, že při +10 °C může topný faktor dosahovat stejné hodnoty jako země-voda, čerpající energii ze země prostřednictvím nemrznoucí kapaliny, ale už při –7 °C výrazně klesá (na 2,9). Při –15 °C je pak topný faktor dokonce už jen 2. Lépe je ale napsat „JEN“, protože to pořád ještě znamená, že z kilowaty, kterou do čerpadla vzduch-vzduch (vzduch-voda) pustíte, dostanete dvě. A to rozhodně není špatné!

A pro dokreslení ještě příklad, který jsem nalezl na abeceda-cerpadel.cz a týká se obdobných čerpadel Stiebel Eltron:

  • Tepelné čerpadlo země/voda má při teplotě nemrznoucí směsi v zemi 0 °C topný faktor 4,5.
  • Tepelné čerpadlo vzduch/voda má při teplotě venkovního vzduchu 7 °C topný faktor 3,9 a při teplotě 10 °C je 4,5.

Ze srovnání je tudíž na stránkách odvozeno, „že i když je teplota venkovního vzduchu 7 °C, má systém země/voda stále o 15 % nižší spotřebu elektřiny než tepelné čerpadlo vzduch/voda. Až při teplotách nad 10°C, kdy už se energie pro vytápění spotřebuje málo, má systém vzduch/voda stejný nebo o něco vyšší topný faktor.“

Tolik i pro srovnání obou základních systémů tepelných čerpadel. Já k tomu dodávám, že je třeba ještě myslet na vstupní náklady. Ty jsou u obou principů diametrálně odlišné. Nicméně jak vidíte – a říkám to pro zdůraznění – do tepelného čerpadla nejprve musíte nějakou elektrickou energii přivést, abyste z něj následně často i několikanásobek získali. To samozřejmě vede někdy až ke značným úsporám.


Foto: Panasonic

Panasonic Aquarea T-CAP se nabízí v rozpětí od 9 do 12 kW výkonu. Výrobce se chlubí i tím, že topný výkon neklesá ani při –15 °C venkovní teploty a dodává, že funguje „se 100% výkonem při –15 °C a vysokým COP 4,74 při teplotě venkovního vzduchu +7 °C a topné vody 35 °C“.

Kde je použitelné tepelné čerpadlo vzduch-vzduch (vzduch-voda)?

Prakticky všude, snad jen s výjimkou horských oblastí s permanentně nízkou (či nižší) teplotou vzduchu, kdy bude mít vyšší spotřebu energie díky nižšímu topnému faktoru. Na jinak povětšinou výborném webu abeceda-cerpadel.cz se sice ještě dočtete o tom, že „Pokud máte možnost položit do zahrady plošný kolektor, je lepší použít tepelné čerpadlo země/voda. Za skoro stejné peníze získáte přibližně o 1/3 nižší spotřebu elektřiny a mnohem delší životnost.“

S tím bohužel souhlasit nemohu, protože rozdíl v investici je řádově jinde. Alespoň u mě doma byl. Osobně navíc plošný kolektor dvakrát nemiluji, protože jsem se k němu dal (bohužel) přesvědčit a náklady v porovnání s vrtem násobně narostly. K tomu se ale dostanu v článku o tepelných čerpadlech země (voda)-voda.

Obecně vzato nemůže být tepelné čerpadlo vzduch-vzduch (vzduch-voda) jediným zdrojem vytápění v domácnosti (země-voda až ale ano), ale můžete s ním počítat jako se zdrojem hlavním. Nicméně je třeba mít záložní vytápění, nejlépe pochopitelně opět automatické. Typicky jde o elektrický přímotop či v případě čerpadla vzduch-voda, elektrokotel, který ovšem v našich podmínkách funguje vysloveně sporadicky. Tepelná čerpadla těchto typů totiž pracují jen do určité teploty a pak se vypnou, nebo je efektivita – typicky nad –20 °C – nízká. Například IVT v případě čerpadla vzduch-vzduch Nordic Inverter udává –30 °C, kdy se čerpadlo vypíná a tudíž už nepracuje. Naopak Nibe mluví u čerpadel vzduch-voda o „efektivní funkci do venkovní teploty –20 °C“ a podobně je na tom například Zubadan od Mitsubishi Electric (-25 °C). Tato společnost navíc tvrdí, že její systém vzduch-voda je schopen do venkovní teploty –15 °C dodávat i topnou vodu „s výstupní teplotou až 55 °C, a to bez nutnosti použití jakéhokoliv elektrického dohřevu.“ To je hodně zajímavé!

U nás je nutno počítat – v běžných podmínkách panujících ve větší části republiky – třeba i s –30 °C. Sice málokdy, ale od toho právě máte onu „zálohu“. Znova však zdůrazňuji, že se stále bavíme o tepelném čerpadle vzduch-vzduch (vzduch-voda) jako o hlavním zdroji tepla, který dokáže významně ušetřit provozní náklady v porovnání s jinými druhy elektrického vytápění.

Samozřejmě jiným příběhem je porovnání s „neautomatickým“ vytápěním typu kotel (kamna) na dřevo či brikety, ale nic vám nebrání vytvořit si doma systém typu levné tepelné čerpadlo vzduch-vzduch, přímotopy a krbová kamna.

Tepelné čerpadlo vzduch-vzduch je ideální do domu s otevřenou dispozicí a bez prahů pode dveřmi tak, aby se teplo mohlo přirozeným způsobem šířit. Naopak není vhodné do domů s větším počtem malých místností, domů uzavřených a členitých, např. dlouhá chodba třeba i „za roh“, a podobně.

Co s patrem?

V případě domu patrového je třeba buď instalovat dvě čerpadla, nebo sáhnout po tzv. multisplitu, tedy systému s jednou vnější a dvěma vnitřními jednotkami.

Pokud je tepelné čerpadlo vzduch-vzduch vybaveno jednou vnitřní jednotkou, což je nejčastější případ, pak se teplo šíří po domě podobně jako od kamen či krbu, tedy samovolně a postupně.

Pokud jde o tepelné čerpadlo vzduch-voda, tam žádná omezení neplatí, pochopitelně s výjimkou toho základního. Rozvod tu obstarává tradiční topná soustava. Příkladem v tomto případě může být tepelné čerpadlo Nibe Split představující systém vytápění, klimatizování a ohřevu teplé vody. Systém je tvořen venkovním modulem (AMS 10–12) využívajícím energii ze vzduchu a předává ji do vnitřního modulu (hydrobox HBS 12) a ohřívače vody (HEV 500), které zajišťují regulaci a rozvod tepla po domě (viz foto výše).

Někdy umí tepelné čerpadlo vzduch-voda i klimatizovat či lépe řečeno chladit, jako například Stiebel Eltron WPL 10 AC, které to dokáže díky zabudované možnosti reverzace okruhu.

Tepelná čerpadla typu vzduch-voda nabízí celá řada výrobců, mj. Mitsubishi Electric, Panasonic, Vaillant či Viessmann.


Foto: Nibe

Základní zařízení dodávaná s tepelným čerpadlem vzduch-voda Nibe Split – Set 3. V popředí vidíte venkovní jednotku AMS 10–12, za ní vnitřní jednotku, tzv. hydrobox (HBS 12), která se napojuje na rozvod topné vody a ohřívač TUV HEV 500, což je něco jako kombinovaný bojler.

Jak náročná je instalace, resp. napojení na stávající topnou soustavu

Tady je už třeba rozlišovat mezi klasickým systémem vzduch-vzduch a vzduch-voda. V prvním případě je jednoduchá a rychlá (zhruba den), a to i tehdy, když se instaluje do už hotového objektu (neočekávejte žádné velké stavební úpravy). V druhém případě může být situace složitější, ale to už záleží na umístění jak čerpadla, tak styčného místa pro napojení na topnou soustavu.

Klasika v podobě čerpadla vzduch-vzduch je složena ze dvou částí – vnější a vnitřní jednotky (jednotek). Na venkovní stěnu (nebo také třeba na zem, na komín apod.) se připevní vnější jednotka a na ni se napojí jednotka vnitřní. V případě, že jsou instalovány proti sobě‚ tedy systémem vnější stěna/vnitřní stěna, je vše často vysloveně snadné. Pokud ale budete muset vnější jednotku umístit jinam (dál od místnosti, kde chcete mít tu vnitřní, níže, výše apod.) je dobré se před koupí ptát na parametry typu „maximální vzdálenost, resp. převýšení, mezi venkovní a vnitřní jednotkou“.

V případě vzduch-voda a ještě navíc i požadavku na celoroční ohřev TUV, což je v tomto případě určitě rozumný požadavek, se vše trochu komplikuje, ale stále na tom budete lépe, než u komplexního systému země (voda)-voda, kde je v podstatě vyžadována samostatná místnost. Pamatujte také, že pro tepelné čerpadlo vzduch-voda budete potřebovat tzv. ekvitermní regulaci, která není nejlevnější. Ta bude v závislosti na venkovní teplotě upravovat teplotu topné vody. Pro další informace opět odkáži na abeceda-cerpadel.cz, kde najdete i rady k výběru, problém jménem životnost kompresoru atd. atd.


Foto: IVT

Foto: IVT

Příklady možných instalací venkovní jednotky tepelného čerpadla vzduch-vzduch či vzduch-voda.

K čemu dalšímu jde tepelné čerpadlo vzduch-vzduch využít

Klimatizaci dostáváte u tohoto typu tepelného čerpadla automaticky navíc. Můžete ho tudíž využívat celoročně, ale také samozřejmě nemusíte. Záleží na vás.

Už jsem zmiňoval i filtraci vzduchu. Například tepelné čerpadlo IVT Nordic Inverter má zabudován filtr typu Plasmacluster Ion. Ten – pokud ho zapnete – začne v místnosti aktivně čistit vzduch od bakterií, virů, alergenů, roztočů, tabákového kouře apod. IVT udává, že dokáže vyčistit vzduch až na 99,5 %. Stupeň filtrace se samozřejmě může lišit výrobce od výrobce, ale je to určitě příjemná funkce. Tou může být i odvlhčování vzduchu a také temperování objektu. V tomto případě je automaticky udržována teplota 10 ºC, takže po příjezdu je snazší objekt vytopit. Navíc řada tepelných čerpadel nabízí i jakýsi turbo režim, který po příjezdu vyhřívá objekt výrazně rychleji.

Další funkcí, která může být užitečná, je dálkové ovládání mobilním telefonem, což jde ale zařídit i v okamžiku, kdy čerpadlo vzduch-vzduch tuto funkci nepodporuje.


Foto: Acond

Hodně zajímavým řešením je nerezový bojler pro ohřev TUV kombinovaný s tepelným čerpadlem vzduch-voda. Stačí mu jen přivést venkovní vzduch a následně Acond TUV dokáže teplou užitkovou vodu ohřát – podle podmínek – na až 70 stupňů. Napojit ho můžete i na solární ohřev a pořídíte ho od asi 39 000 Kč.

Jaké čerpadlo vybrat?

Pokud uvažujete o tepelném čerpadle a nemůžete, či nechcete, si dovolit země (voda)-voda, které je pochopitelně nejlepším řešením, zkuste se podívat na výše zmiňované varianty. Při výběru vám napomůže i web Asociace pro využití tepelných čerpadel (www.avtc.cz), a členství v této organizaci bude také o něčem svědčit. Podle mého je při výběru jakéhokoliv tepelného čerpadla nejdůležitější zdravá skepse a zkouknutí několika už hotových, a nějakou dobu také provozovaných instalací. Konkrétní rady jsou – s výjimkou klasiky, tj. záruka, délka existence výrobce, roční náklady na provoz – nad rámec tohoto článku, ale tohle se mi vždy vyplatilo.

Použité zdroje (především): www.abeceda-cerpadel.cz, www.cerpadla-ivt.cz, www.avtc.cz, http://forum.tzb-info.cz

Bohumil Herwig

Redaktor DigiZone.cz a mezi roky 2000–2015 novinář na volné noze. Jako elév začínal v roce 1987 v měsíčníku Elektronika, poté založil, spoluzaložil či pomáhal rozjet několik PC časopisů. Posledních patnáct let se věnuje novodobému digitálnímu světu.

18 názorů Vstoupit do diskuse
poslední názor přidán 12. 8. 2014 22:56