Typy tepelných čerpadel

Volba tepelného čerpadla podle zdroje nízkopotenciální energie

Tepelné čerpadlo (TČ) využívá teplo z okolního prostředí a pomocí kompresoru ho převádí na užitkovou teplotní hladinu pro vytápění a ohřev teplé vody (TV). Rozhodující je volba zdroje tepla – vzduch, země nebo voda – která zásadně ovlivňuje účinnost, investiční náklady, nároky na pozemek i provozní spolehlivost. Tento článek systematicky porovnává tři hlavní typy: vzduch–voda, země–voda a voda–voda, a poskytuje rámec pro návrh a výběr.

Princip činnosti a základní komponenty

Okruh tepelného čerpadla tvoří výparník (odebírá teplo ze zdroje), kompresor (zvyšuje tlak a teplotu chladiva), kondenzátor (předává teplo topnému médiu) a expanzní ventil (snižuje tlak a teplotu chladiva). V topném systému je dále hydraulický okruh s čerpadly, směšovači a akumulací, případně bivalentní zdroj (kotel, elektrokotel).

Klíčové parametry: COP, SCOP a teplotní hladina

• COP (Coefficient of Performance) – okamžitá účinnost za definovaných podmínek (např. A7/W35 znamená zdroj vzduch +7 °C a topná voda 35 °C).
• SCOP – sezónní účinnost integrovaná přes klimatický rok a provozní profil; rozhodující pro roční náklady.
• Teplotní hladina otopné soustavy – podlahové/nízkoteplotní radiátory (30–45 °C) zásadně zlepšují SCOP oproti klasickým radiátorům (55–70 °C).
• Bivalentní bod – venkovní teplota, pod níž nastupuje pomocný zdroj; volí se podle tepelné ztráty a výkonové křivky TČ.

Návrhový výkon a volba velikosti

Dimenzování vychází z výpočtové tepelné ztráty objektu a požadované teploty topné vody. Poddimenzování vede k častému doohřevu elektřinou, předimenzování k taktování (krátké cykly) a horší účinnosti. Modulační kompresory (invertor) rozšiřují pracovní pásmo a snižují potřebu akumulace, přesto je důležité zajistit minimální průtok a odpovídající vodní objem soustavy.

TČ vzduch–voda: vlastnosti, výhody a limity

• Zdroj tepla: venkovní vzduch – snadno dostupný, ale s proměnlivou teplotou.
• Instalace: nejnižší vstupní investice, bez zemních prací a hydrogeologie; rychlá montáž (split/monoblok).
• Účinnost: závislá na venkovní teplotě; v mrazech klesá COP a výkon, nutné odmrazování výparníku (reverzní cyklus).
• Akustika: klíčová je správná volba umístění (odstupy od oken/sousedů), antivibrační uložení, noční režim ventilátoru.
• Vhodnost: rekonstrukce, menší pozemky, mírné klima; optimální s nízkoteplotními soustavami.

TČ země–voda: plošný kolektor vs. hlubinné vrty

Využívá relativně stabilní teplotu zeminy (cca 0–10 °C) a nabízí vyšší sezónní účinnost.

• Plošný kolektor (horizontální) – PE trubky v hloubce ~1,2–1,5 m; vyžaduje plochu cca 1,5–3násobku vytápěné plochy dle půdy a vlhkosti. Nižší investice než vrty, ale citlivost na dlouhodobé podchlazení při vysokých odběrech.
• Hlubinné vrty (vertikální) – sondy 60–150+ m; vyšší investice, stabilní zdroj, nejlepší SCOP a možnost pasivního chlazení (free-cooling) přes deskový výměník.
• Hydraulika: nemrznoucí směs (glykol), oběhová čerpadla, vyvážení větví; monitoring teploty solanky na vstupu/výstupu.
• Vhodnost: novostavby s pozemkem/vrty, vyšší nároky na účinnost a tichý provoz.

TČ voda–voda: nejvyšší účinnost, nejnáročnější podmínky

• Zdroj: podzemní voda (čerpací a vsakovací vrt) nebo povrchová voda přes výměník. Teplota zdroje 7–12 °C zajišťuje velmi dobré COP.
• Požadavky: kvalitní hydrogeologický průzkum, dostatečný průtok a kvalita vody (železo, mangan, tvrdost); riziko zanášení výměníků.
• Provoz: nejvyšší SCOP, možnost pasivního chlazení; nároky na údržbu čerpadel a filtraci.
• Vhodnost: lokality s ověřeným vodním zdrojem a legislativní možností odběru/vsaku.

Srovnání typů podle klíčových kritérií

Hydraulická koncepce a akumulace

• Primární okruh: zdroj (vzduch/solanka/voda) – výměník – kompresor; bezpečnostní a regulační armatury, filtry.
• Sekundární okruh: nízkoteplotní topné okruhy (podlahovka, fan-coily, nízkoteplotní radiátory), směšování dle ekvitermy.
• Akumulace: průtočný vs. zásobníkový ohřev TV; vyrovnávací zásobník topné vody (20–40 l/kW u nemodulačních TČ; méně u invertorů).
• Hydraulické oddělení: deskový výměník nebo rozdělovač–sběrač u složitějších soustav; nutné pro stabilitu průtoků.

Ohřev teplé vody a hygienické aspekty

• Integrovaný zásobník TV – kompaktní řešení; kontrola doby ohřevu a protilegionelové cykly.
• Externí bivalentní zásobník – flexibilní kapacita (200–500 l); možnost solárních doořevů a FVE.
• Teplota TV – pro hygienu je vhodné periodicky dosahovat ≥ 60 °C (bivalentní dohřev/elektrospirála).

Chlazení: aktivní vs. pasivní

• Vzduch–voda: aktivní chlazení reverzací chodu (vyšší spotřeba, ale rychlá regulace); nutnost odvodu kondenzátu.
• Země–voda / voda–voda: pasivní chlazení přes výměník a oběh zdrojového média; velmi úsporné, limitem je vlhkost a rosný bod – potřeba regulace teploty přívodu a odvlhčení.

Akustika a umístění jednotky

• Vzduch–voda: vzdálenost od ložnic a hranice pozemku, vyvarovat se odrazových koutů; antivibrační podložky, pružné hadice, kryty ventilátoru, noční režim.
• Solanka/voda–voda: oddělení oběhových čerpadel od obytných prostor; tlumení potrubních vibrací.

Elektrické připojení a regulace

• Příkon a jištění: startovací proud, případně softstart; třífázová napájení pro vyšší výkony.
• Regulace: ekvitermní křivky, zónová regulace, logika bivalentního bodu, prioritizace TV, integrace s FVE (spínání přebytků), chytré řízení tarifů.
• Záložní provoz: vestavěný elektrokotel pro špičky a servisní režimy.

Chladiva a environmentální aspekty

Volba chladiva ovlivňuje účinnost a ekologickou stopu. Moderní systémy používají R32 (nižší GWP než R410A) nebo propan (R290) s velmi nízkým GWP a výbornými termodynamickými vlastnostmi, avšak s požadavky na bezpečnost instalace a větrání. Správné dimenzování náplně, těsnost okruhu a autorizovaný servis jsou nezbytné pro udržení výkonu.

Integrace s fotovoltaikou, akumulací a řízením spotřeby

• FVE přebytky: dynamické zvýšení teploty akumulace (topná voda/TV) při přebytcích; ochrana proti nadměrnému zvyšování teploty a ztrátám.
• Baterie a HDO: řízení doby ohřevu podle tarifů; plánování ohřevu TV mimo špičku.
• Chytrý dům: rozhraní (Modbus, BACnet, API) pro integraci do nadřazené regulace a prediktivního řízení.

Údržba, monitoring a životnost

• Roční prohlídky: čištění výparníku, kontrola chladiva, dotažení svorek, test bezpečnostních prvků, aktualizace firmware regulace.
• Solanka/voda: kontrola koncentrace nemrznoucí směsi, filtrů a průtoku; u voda–voda navíc kontrola čerpadel, filtrů a zanášení výměníků.
• Monitoring: logování teplot, průtoků, spotřeby a výkonu; sledování dlouhodobých trendů SCOP a alarmů.

Typické chyby a jak se jim vyhnout

• Nepřesná tepelná ztráta → špatná volba výkonu; vždy vycházet z výpočtu dle normových podmínek.
• Vysokoteplotní soustava bez úprav → nízký SCOP; doporučit větší výměníkové plochy (radiátory) či přechod na plošné vytápění.
• Nedostatečný vodní objem → taktování; doplnit akumulaci nebo rozšířit objem soustavy.
• Špatné umístění venkovní jednotky → hluk a námraza; respektovat proudění, odvod kondenzátu a odmrazovací vodu.
• Podcenění legislativy vrtů/odběru vody → riziko zdržení; včasné povolení a průzkum.

Modelové scénáře volby typu TČ

• Novostavba s nízkoteplotní soustavou a dostatečným pozemkem – země–voda (plošný kolektor) jako vyvážená volba účinnost/cena.
• Novostavba ve městě bez pozemku pro kolektor – země–voda (vrty) s pasivním chlazením a tichým provozem.
• Rekonstrukce řadového domu – vzduch–voda (split) s úpravou topných ploch, důraz na akustiku a odmrazování.
• Objekt s dostupnou kvalitní podzemní vodou – voda–voda pro nejvyšší SCOP; nutný důkladný hydrogeologický návrh.

Ekonomika a celkové náklady vlastnictví (TCO)

Porovnání nesmí končit u pořizovací ceny. Zapojte TCO: investice (technologie + zemní práce), provozní náklady (elektřina vs. SCOP), servis, životnost kompresoru a potenciální příjmy z komfortního chlazení (úspora jiných zdrojů chladu). U systémů země–voda/voda–voda TCO často vychází příznivě díky vyšší účinnosti a pasivnímu chlazení.

Checklist pro projektanta a investora

• Máte spočtenou tepelnou ztrátu a potřebné teploty topné vody?
• Je zvolen typ zdroje s ohledem na pozemek, hydrogeologii a akustiku?
• Jsou definovány SCOP cíle a bivalentní strategie (bod, výkon, zdroj)?
• Je vyřešena hydraulika (průtoky, akumulace, oddělení okruhů) a ohřev TV (kapacita, hygienický režim)?
• Byla navržena regulace (ekvitermy, zóny, integrace s FVE, prioritizace TV)?
• Je zpracován akustický a odvodňovací detail venkovní jednotky a pasivního chlazení?
• Máte plán servisu a monitoringu vč. měření energie a výkonu?

Závěr

Volba mezi TČ vzduch–voda, země–voda a voda–voda je vždy kontextová. Vzduch–voda vyniká jednoduchostí a nízkou investicí, země–voda nabízí stabilní zdroj a vysoký SCOP, voda–voda dosahuje špičkové účinnosti při splnění přísných hydrogeologických podmínek. Kvalitní projekt – přesný výpočet, správná hydraulika, regulace a montáž – má na výslednou účinnost a spolehlivost větší vliv než rozdíly mezi jednotlivými značkami. Vybírejte systém, který nejlépe odpovídá vašemu pozemku, provozním potřebám a očekávané životnosti.