Ako funguje chladenie tepelným čerpadlom?

Tepelné čerpadlo je pre plošné sálavé systémy chladenia a pre vykurovanie ideálnym zdrojom energie. Veľkou výhodou je to, že pri použití veľkoplošného systému dokáže čerpadlo dosiahnuť vysokú účinnosť a chladiť veľmi úsporne. V čase nárastu cien za energie tak predstavuje výhodné riešenie, ako si doma udržať príjemnú klímu. V článku si povieme o jednotlivých typoch tepelných čerpadiel, a tiež o princípe ich fungovania pri chladení.

Princíp chladenia tepelným čerpadlom

Vo všeobecnosti platí, že to, či bude tepelné čerpadlo kúriť, alebo chladiť, určuje smer prečerpávania energie medzi interiérom a exteriérom. Tepelné čerpadlo takmer vždy chladiť dokáže, na rozdiel od čisto vykurovacej prevádzky je však možné, že jeho zapojenie bude pre potreby chladenia upraviť alebo doplniť. Tu je rozhodujúci typ tepelného čerpadla.

Najčastejšie aplikovaný typ vzduch – voda, či už split, alebo monoblok, vie vyrobiť chladiacu vodu v tzv. reverznom (obrátenom) režime prevádzky. Každý výrobca využíva vlastné schémy zapojenia, v jednoduchom prípade netreba doplniť do kotolne takmer nič. Optimálne je však doplniť aspoň akumulačný zásobník, ktorý umožní nasadenie doplnkovej regulácie pre chladenie.

Typy tepelných čerpadiel zem – voda a voda – voda majú obrovskú výhodu v tom, že vedia využiť tzv. pasívny režim chladenia, ktorý na svoj chod nevyžaduje chod kompresora. Prevádzka chladenie je teda takmer zadarmo, stačí poháňať len obehové čerpadlá. Pasívny režim však nie je možné využiť na plnohodnotné chladenie, ak je ako primárny zdroj použitý plošný kolektor. Tu a v niektorých ďalších prípadoch treba do prevádzky opäť zapojiť aktívny reverzný režim chladenia za pomoci kompresora. Opäť platí, že každý výrobca má vlastné schémy zapojenia, od ktorých závisí potreba úpravy kotolne alebo doplnenia komponentov. Dnes často využívane kompaktné prevedenia (tzv. chladničky) majú spravidla všetko zabudované, inokedy je nutné doplniť sadu pre pasívne chladenie, akumulačný zásobník alebo ďalšie drobnosti. Nie je to však nič náročné.

Hlavnou úlohou tepelného čerpadla je dostať chladiacu vodu v požadovanej teplote do chladiaceho systému, preto treba doplniť samotný odovzdávací systém chladenia vnútri domu (podlahové, stenové alebo stropné chladenie, prípadne fancoily a pod.). A okrem toho je vždy užitočné doplniť vhodnú reguláciu, ktorí okrem teploty chladiacej vody stráži tzv. rosný bod v závislosti od relatívnej vlhkosti v interiéri, aby nedošlo k nežiaducemu orosenie chladených plôch.

Narozdiel od bežnej klimatizácie, ktorá prenáša ochladený vzduch jedným alebo viacerými kanálmi v dome k miestu určenia, tepelné čerpadlo chladí daný priestor prostredníctvom potrubí chladiaceho, prípadne aj univerzálneho vykurovacieho a chladiaceho systému. Tu sa dostávame k dvom principiálnym možnostiam – aktívne a pasívne chladenie.

Pasívne chladenie pracuje s prirodzenou teplotou okolia. Chladiaca voda odoberá teplo z interiéru a následne ho odovzdáva smerom von (napríklad do zeme alebo do podzemnej vody). Tepelné čerpadlo (kompresor) je pri pasívnom chladení vypnuté, čo výrazne redukuje náklady na chladenie. Chlad zo zeme (primárny okruh) sa pritom odovzdáva cez vodný výmenník do interiéru (sekundárny okruh) len za použitia obehových čerpadiel.

Pri aktívnom chladení funguje tepelné čerpadlo tak, že nežiaduce teplo z interiéru odvádza do vonkajšieho prostredia s aktívnou pomocou kompresora v tepelnom čerpadle – spravidla vo variante vzduch – voda. Na prevádzku preto spotrebuje o niečo viac elektrickej energie, ako pri pasívnom variante. Na prevádzku je už ale potrebný kompresor tepelného čerpadla, preto dochádza aj k spotrebe elektrickej energie. 

Typy tepelných čerpadiel

Najpoužívanejšie tepelné čerpadlá u nás sú:

• • vzduch – vzduch – klimatizácia, výstupom vnútornej jednotky je studený vzduch, 
  • vzduch – voda – výstupom vnútornej jednotky je studená voda.
  • zem – voda – ide o prevádzkovo najúspornejší systém, ktorý pracuje so stálymi teplotami. Zariadenie je umiestnené vnútri v dome, a preto má vyššiu životnosť. Prirodzene, počiatočné náklady na inštaláciu sú vyššie. Primárnym zdrojom energie je geotermická energia čerpaná cez hĺbkové sondy s dĺžkou cca 100m, prípadne cez plošné kolektory. Primárne okruhy sú uzavreté, koluje tu zmes vody a nemrznúcej zmesi. Subvariantou je typ voda – voda, kde sa energia čerpá zo studne a vracia sa do 2. studne (otvorený okruh). 

Vzduch – vzduch

Tepelné čerpadlo vzduch – vzduch je bežnou klimatizáciou, pričom ide o najjednoduchšie a najlacnejšie riešenie chladenia tepelným čerpadlom. Priestor chladí fúkaním vzduchu z vnútornej jednotky, ktorá sa najčastejšie umiestňuje nad dverami. Platí to ale aj opačne. Keď senzory neregistrujú v miestnosti žiaden pohyb, prechádza chladenie do útlmu. O výhodách i nevýhodách štandardnej klimatizácie sa môžete dočítať v našich článkoch 5 dôvodov, prečo je stropné chladenie lepšie ako klimatizácia a Aké druhy klimatizácie poznáme? 

Vzduch – voda

Tepelné čerpadlo vzduch – voda je schopné okrem vykurovacej vody pripraviť aj chladiacu vodu, ktorou sa následne ochladzuje interiér. Vonkajšia jednotka pritom vyzerá ako klasická klimatizácia. Pri vnútornej jednotke hrá dôležitú funkciu hydrobox s výmenníkom – zabezpečuje rozvod chladenej vody rúrkami do koncového chladiaceho elementu. Ako sme už v článku uviedli, na distribúciu chladu je ideálny ako koncový element stenový, stropný i podlahový plošný vykurovací systém. Klasické radiátory nie sú vhodné, a to kvôli prípadnej kondenzácii vlhkosti. Efektivita nízkoteplotných radiátorov je zase veľmi nízka, čiže po ekonomickej a funkčnej stránke sa nevyplácajú.

Zem – voda

Pre pasívne chladenie sa tepelné čerpadlo typu vzduch/voda nehodí. Pre tento druh chladenia je lepšie použiť tepelné čerpadlá typu zem/voda a voda/voda, čiže tie, ktoré prebytočné teplo odovzdávajú smerom von do zeme alebo do podzemnej vody. Z hľadiska životnosti a nákladov v celom životnom cykle je i táto alternatíva vhodná na zváženie.

Nákres domu

Záver

Každé tepelné čerpadlo môžeme prispôsobiť aj režimu chladenia. Musí byť však pri svojom spôsobe fungovania reverzibilné a doplnené o ďalšie komponenty. Najpoužívanejšie sú pritom tepelné čerpadlá dvoch typov, a to vzduch/vzduch a vzduch/voda. Pre pasívne chladenie stoja za zváženie aj tepelné čerpadlá typu zem/voda a voda/voda.